Carotenoid Pigments in a Mutant Cardinal: Implications for the Genetic and Enzymatic Control Mechanisms of Carotenoid Metabolism in Birds

Abstract

Abstract Birds that use carotenoids to color their feathers must ultimately obtain these pigments from the diet, but they are also capable of metabolically transforming dietary carotenoids into alternate forms that they use as plumage colorants. The genetic and enzymatic control mechanisms underlying carotenoid metabolism are poorly understood. We investigated carotenoid pigments present in the feathers of an aberrantly colored yellow Northern Cardinal (Cardinalis cardinalis) to determine how metabolic pathways may have been altered. Normal red cardinals display four primary keto-carotenoids in plumage that are endogenously derived from a series of common food carotenoids. We found that the yellow feathers of this mutant lacked all four of the typical red pigments, and instead contained a yellow dietary carotenoid (lutein) and three yellow metabolic derivatives (3′-dehydrolutein and canary-xanthophylls A and B). Because yellow metabolites appear to be manufactured via a different metabolic process (dehydrogenation) than the usual red forms (oxidation at the C-4 or -4′ positions), it seems that this genetic mutation did not broadly disrupt all metabolic activity, but specifically impaired only one class of metabolic reactions and its associated enzymes. Pigmentos Carotenoides en un Cardenal Mutante: Implicaciones para los Mecanismos Genéticos y Enzimáticos de Control del Metabolismo de Carotenoides en las Aves Resumen. Las aves que utilizan pigmentos carotenoides para dar color a sus plumas deben obtenerlos de la dieta, pero también son capaces de transformar metabólicamente los carotenoides dietarios en formas alternativas que utilizan para colorear las plumas. Los mecanismos genéticos y enzimáticos de control involucrados en el metabolismo de los carotenoides no han sido bien establecidos. En este estudio investigamos los pigmentos carotenoides presentes en las plumas de un cardenal Cardinalis cardinalis con coloración amarilla aberrante para determinar cómo se podrían haber alterado las rutas metabólicas. Los cardenales normales de color rojo despliegan cuatro keto-carotenoides primarios en el plumaje, los cuales son derivados endógenamente a partir de una serie de carotenoides comunes en la dieta. Encontramos que las plumas amarillas del mutante carecían de los cuatro pigmentos rojos típicos, y contenían en cambio un carotenoide dietario amarillo (luteína) y tres derivados metabólicos amarillos (3′-dehidro luteína y xantofilas de canario A y B). Debido a que los metabolitos amarillos parecen ser fabricados mediante un proceso metabólico diferente al de las formas rojas usuales (deshidrogenación y oxidación en las posiciones C-4 o -4′, respectivamente), parece que esta mutación genética no alteró ampliamente toda la actividad metabólica. En cambio, parece haber inhabilitado sólo una clase de reacciones metabólicas y sus enzimas asociadas.