Бабочки Heliconius представляют собой разнообразную и красочную группу видов, обитающих в тропических регионах Центральной и Южной Америки. Многие из них имеют рисунок и окраску крыльев, имитирующие другие виды, чтобы защитить себя от хищников, а новые исследования ученых из Чикагского университета показывают, что у одного вида, Heliconius cydno, только один ген контролирует наличие у бабочки белых или желтых пятен на крылышках. его крылья.
Для проведения исследования, которое было опубликовано 25 октября в журнале Current Biology, исследователи разработали генетическую карту с использованием белых и желтых бабочек H. cydno. Затем они изучили последовательности генома, чтобы идентифицировать единственный ген, названный aristaless1 (al1), который действовал как переключатель для желтой и белой окраски.
Большинство видов Heliconius, близких к H. cydno, имеют желтые пятна на крыльях; У H. cydno есть подвиды желтого или белого цвета. Исследователи увидели, что бабочки с белыми пятнами имеют повышенную экспрессию al1 (то есть он «включен»), а это означает, что он может играть роль в подавлении образования желтой пигментации. Используя инструменты редактирования генов CRISPR/Cas9, ученые подтвердили эту функцию al1. Когда они вырубили (или выключили) его у зародышей бабочек, которые должны были быть белыми, у этих бабочек вместо этого появились желтые пятна.
На протяжении десятилетий люди скрещивали этих бабочек, и они знали, что это белые и белые бабочки.желтый переключатель был в одном месте в геноме. Они просто не смогли проследить это до действия одного гена», - сказал Маркус Кронфорст, доктор философии, адъюнкт-профессор экологии и эволюции и старший автор исследования..
«Теперь с помощью CRISPR мы можем отключить ген и посмотреть, что произойдет. Оказывается, эволюционная инновация здесь заключается не в том, что один вид получает пигмент, а вместо этого включает ген для подавления пигмента, присутствующего у предков», - сказал он. сказал.
Кронфорст и его команда также проследили эволюционную историю этого цветового паттерна, сравнив генетические различия в версии al1 H. cydno с таковыми у других, близкородственных видов Heliconius. Белая версия гена, по-видимому, является относительно новой разработкой. Хотя H. cydno был первым видом, у которого появились белые формы, существуют признаки скрещивания, в результате которого белый цвет появился у других видов в более позднее время.
Есть также свидетельства того, что один и тот же ген может быть связан с цветовыми предпочтениями при спаривании. Белые самцы H. cydno предпочитают самок с белыми пятнами; желтые самцы также предпочитают желтых самок. Ученым давно известно, что гены H. cydno, отвечающие за цветовой паттерн и предпочтение партнера, расположены в одной и той же области генома.
«Теперь, когда мы знаем молекулярную основу цвета, мы можем задаться вопросом, как с ним связано предпочтение», - сказал Кронфорст. «Это два гена рядом друг с другом или один и тот же ген выполняет обе функции?»
Хотя Кронфорст и его команда еще не знают, контролируется ли предпочтение партнеров al1 или другим соседним геном, непосредственная близость может объяснить разнообразие видов Heliconius.
«Был ли это естественный отбор, или это была просто случайность, что эти две вещи связаны, это может быть одной из причин, почему у нас есть такая разнообразная группа бабочек», - сказал он. «Когда цвет и предпочтение цвета связаны друг с другом, это приводит к тому, что эти вещи развиваются вместе очень быстро."
Исследование «Аристалесс контролирует изменение цвета крыльев бабочки, используемое при мимикрии и выборе партнера», было поддержано Чикагским биомедицинским консорциумом, генератором больших идей, финансируемым Чикагским университетом, Фондом Альфреда П. Слоана, Национальным Институты здравоохранения, Гарвардский центр системной биологии FAS, программа Pew Biomedical Scholars, фонды Нойбауэра Чикагского университета и Национальный научный фонд. Дополнительные авторы включают Эрику Вестерман из Чикагского университета и Университета Арканзаса; Николас ВанКурен, Дарли Массардо, Айсе Тенгер-Троландер, Эрик Баяла, Кеннет Барр, Натан Беркле и Стефани Палмер из Калифорнийского университета в Чикаго; Вей Чжан из Чикагского и Пекинского университетов, Китай; Райан Хилл из Тихоокеанского университета; Никола Чемберлен из Гарвардского университета; и Трейси Дуглас из Университета Райса.