PNAS: На эволюцию окраски крыльев бабочек влияет «темная генетическая материя»

Исследователи выяснили, как у бабочек на крыльях появляются яркие и сложные узоры.

В исследовании учёные из Университета Джорджа Вашингтона и Кембриджского университета обнаружили, что за распределение чёрного пигмента на крыльях отвечает молекула РНК, а не белок, как считалось ранее.

Узоры и цвета на крыльях бабочек восхищали биологов всегда.

Генетический код в клетках крыльев определяет расположение цветов на чешуйках, как цветные пиксели в изображении. Понимание этого кода важно для изучения того, как гены влияют на нашу анатомию. В лаборатории исследователи могут изменять этот код у бабочек с помощью инструментов редактирования генов и наблюдать за изменениями окраски крыла.

Учёные знают, что гены, которые кодируют белки, важны для многих процессов. Эти гены создают белки, контролирующие выработку пигментов в определённых чешуйках.

Исследователи думали, что процесс образования чёрных пигментов такой же, как и других. Они предполагали, что за него отвечает определённый ген, который производит белок. Но новое исследование показало другую картину.

Учёные обнаружили ген, производящий молекулу РНК, а не белок. Он контролирует образование тёмных пигментов во время метаморфоза бабочек. Исследователи удалили этот ген с помощью метода редактирования генома CRISPR. В результате бабочки потеряли свою чёрную пигментированную чешую, подтверждая связь между активностью РНК и развитием тёмных пигментов.

Ливраги, постдокторский учёный из GW, говорит:

Мы обнаружили нечто поразительное. Молекула РНК влияет на то, где на крыльях бабочки появляется чёрный пигмент. Это формирует окраску крыльев неожиданным образом.

Исследователи изучили работу молекулы РНК во время развития крыльев. Они обнаружили, что активность молекулы идеально соотносится с появлением чёрных чешуек на крыльях.

Арно Мартин, доцент биологии в GW, добавляет:

Нас поразило, насколько точно ген включается именно там, где в итоге появляются чёрные чешуйки. В каком-то смысле этот ген — творческая эволюционная кисть, судя по его эффектам у нескольких видов.

Исследователи изучили РНК у нескольких видов бабочек, которые разделились около 80 миллионов лет назад. Оказалось, что у каждого из этих видов РНК развивалась так, чтобы контролировать расположение тёмных пигментов.

Риккардо Папа, профессор биологии Университета Пуэрто-Рико — Рио-Пьедрас, говорит, что результаты, полученные с помощью CRISPR-мутантов, показывают: этот ген РНК — не новое явление, а важный механизм, который контролирует разнообразие узоров на крыльях бабочек.

Мы и другие учёные исследовали генетический признак у разных видов бабочек и обнаружили, что одна и та же РНК используется снова и снова. Это касается длиннокрылых бабочек, монархов и бабочек-красоток.

По словам Джо Хэнли, постдокторанта и приглашённого научного сотрудника GW, этот ген имеет решающее значение для эволюции узоров на крыльях. Какие ещё подобные явления могли пропустить биологи?

Результаты исследования опубликованы 30 августа 2024 года в Proceedings of the National Academy of Sciences. Они не только опровергают предположения о генетической регуляции, но и открывают новые возможности для изучения эволюции видимых признаков у животных.

31.08.2024