弱毒化されたFGFシグナル伝達は、EMU Dromaius novaehollandiaeの前肢のヘテロションの根底にあります

駆動型の飛行は、鳥の設立と放射線の基本でした。しかし、鳥類の進化を通じてフライトは何度も失われています。ラタイト内の飛行の収束損失（EMUやダチョウを含む飛行のないPaleognaths）は、しばしば翼の減少と一致します。いくつかのラットには豊富な解剖学的知識がありますが、これらの変化を引き起こす遺伝的メカニズムは議論されたままです。ここでは、EMU胚における前肢のヘテロクロニーの根底にあるメカニズムを尋問するために、発生学的、遺伝的、およびゲノム技術を採用する学際的なアプローチを使用します。外側プレート中胚葉（LPM）の皮膚膜遷移（EMT）とLPMへの筋芽細胞の移動である四肢形成の開始が、EMUおよびひよこの同等の段階で発生することを示します。ただし、EMU Forelimbはその後増殖しません。以前は翼の発達の減少に関連していたNKX2.5のユニークなEMU前肢発現は、この段階（LPMへの筋芽細胞の移動に付随する）の後に開始するため、この発達遅延を引き起こす可能性は低いです。対照的に、四肢組織のRNA配列決定により、EMUの前肢でのFGF10発現が有意に低いことが明らかになります。EMU LPMで人工的に増加するFGF10発現は、外胚葉FGF8発現と四肢の芽を誘導します。オープンクロマチンを分析すると、EMU翼のFGF10およびSALL-1の近くで差次的に活性な調節要素が明らかになり、SALL-1エンハンサー活性は、FGFを介したETS転写因子結合部位に依存します。まとめると、我々の結果は、調節の変化がFGF10の発現の低下と、初期のEMU翼芽の四肢増殖に必要な遺伝子を発現させる併用の失敗をもたらすことを示唆しています。

Powered flight was fundamental to the establishment and radiation of birds. However, flight has been lost multiple times throughout avian evolution. Convergent losses of flight within the ratites (flightless paleognaths, including the emu and ostrich) often coincide with reduced wings. Although there is a wealth of anatomical knowledge for several ratites, the genetic mechanisms causing these changes remain debated. Here, we use a multidisciplinary approach employing embryological, genetic, and genomic techniques to interrogate the mechanisms underlying forelimb heterochrony in emu embryos. We show that the initiation of limb formation, an epithelial to mesenchymal transition (EMT) in the lateral plate mesoderm (LPM) and myoblast migration into the LPM, occur at equivalent stages in the emu and chick. However, the emu forelimb fails to subsequently proliferate. The unique emu forelimb expression of Nkx2.5, previously associated with diminished wing development, initiates after this stage (concomitant with myoblast migration into the LPM) and is therefore unlikely to cause this developmental delay. In contrast, RNA sequencing of limb tissue reveals significantly lower Fgf10 expression in the emu forelimb. Artificially increasing Fgf10 expression in the emu LPM induces ectodermal Fgf8 expression and a limb bud. Analyzing open chromatin reveals differentially active regulatory elements near Fgf10 and Sall-1 in the emu wing, and the Sall-1 enhancer activity is dependent on a likely Fgf-mediated Ets transcription factor-binding site. Taken together, our results suggest that regulatory changes result in lower expression of Fgf10 and a concomitant failure to express genes required for limb proliferation in the early emu wing bud.