När det gäller spektakulära färgvisningar, fåglar är uppenbara framstående i den naturliga världen. Många färgglada fåglar får sina pigment från maten de äter, men det är inte sant för papegojor. Nu, forskare som rapporterar en studie av välbekanta parakiter i djuraffärer – även känd som undulater – har nya bevis för att förklara hur fåglarna producerar sin karakteristiska gula, blå, och gröna fjädrar.

Fynden rapporterade i tidskriften Cell den 5 oktober lovar att lägga till en viktig dimension till evolutionära studier av papegojor, säger forskarna.

"Unlulater är ett utmärkt system för att studera papegojors färger eftersom artificiellt urval under de senaste 150 åren har resulterat i ett stort antal enkla mendelska genetiska egenskaper som påverkar färgen, " säger första författaren Thomas Cooke, en doktorand vid Stanford University. "Vi identifierade en okarakteriserad gen i undulat som är starkt uttryckt i växande fjädrar och som kan syntetisera undulatens gula pigment."

Forskare har studerat färger hos undulater i mer än ett sekel. De visste att papegojor producerar psittacofulviner, en typ av rött till gult pigment som inte finns hos någon annan typ av ryggradsdjur. De visste också att en oförmåga att producera gula pigment i vissa parakiter förvandlar fåglarna från gula och gröna till blå. Men det var inte klart vilka gener och biokemiska vägar som var inblandade.

För att ta reda på det i den nya studien, teamet ledd av Stanfords Carlos Bustamante använde först genomomfattande associationskartläggning för att identifiera en region som innehåller den blå färgmutationen. Den regionen innehöll flera gener, så det var ännu inte klart vem av dem som var ansvarig.

För att begränsa det ytterligare, forskarna sekvenserade DNA från 234 undulater, 105 varav blå. De sekvenserade också 15 museiexemplar från Australien. Dessa studier pekade på en enda muterad gen (MuPKS) som kodar för ett föga känt polyketidsyntasenzym hos de blå fåglarna.

I ett annat nyckelexperiment, forskarna jämförde genuttryck från fjädrar av grönt och gult med blå undulater. Dessa studier visade att MuPKS var starkt uttryckt i fåglar av båda färgvarianterna, men att det fanns en enda aminosyrasubstitution vid en konserverad rest i de blå undulaten.

Forskarna klonade sedan MuPKS-genen och infogade den i jäst för att ta reda på om jästen skulle börja producera gula pigment. Och det gjorde de.

Forskarna säger att det var en överraskning att finna att en mutation i MuPKS orsakar en så märkbar färgförändring. Det beror på att liknande gener finns i nästan alla fåglar. Skillnaden är att fåglar utanför papegojfamiljen som höns och kråkor inte uttrycker enzymet i sina fjädrar. Som ett resultat, de är inte gula. Denna upptäckt tyder på att den viktigaste evolutionära förändringen som ledde till papegojans lysande färger var mönstret för genuttryck.

"Förmodligen har genen en viss funktion i icke-papegojor förutom pigmentering, men vi vet inte vad det kan vara, " sa Cooke.

En annan överraskning för forskarna var att enzymet uttrycktes mest i en del av fjädern som dör när fjädern är färdigbildad. Det tyder på att dessa celler måste producera färgen och deponera den i närliggande celler innan de dör.

Färg spelar en viktig roll i hur fåglar interagerar med varandra, inklusive hur de väljer kompisar. Forskarna säger att när de lär sig mer om hur dessa enzymer kontrolleras, fynden kan tillämpas på många papegojor runt om i världen, från Australiens crimson rosellas till de grävande papegojorna i Argentina.

"Det skulle vara intressant att se vilka slags förändringar på DNA-nivå som ligger bakom färgskillnader inom och mellan olika arter av papegojor, " sa Cooke.