Ученые лишили бабочек яркой окраски и узора

Anyi Mazo-Vargas et al / PNAS 2017

Окраской и узором крыльев бабочек по отдельности управляют два гена — optix и WntA. Это удалось установить, отключив их у нескольких видов бабочек-нимфалид, о чем авторы исследования, биологи из Корнельского университета и университета Джорджа Вашингтона (США), опубликовали отдельные статьи в Proceedings of the National Academy of Sciences.

Бабочки — настоящие мастера мимикрии и часто «подделывают» узор так, чтобы быть похожими на ядовитые виды, чья яркая окраска является предупреждающим сигналом для хищников. Их «модели», наоборот, стремятся уклониться от подражания, чтобы повысить свою защищенность (такое поведение является примером мимикрии Бэйтса). Таким образом, узор на крыльях является предметом быстрой адаптивной эволюции. Даже бабочки одного и того же вида могут демонстрировать разнообразие в пределах одного типа узора.

Ранее ученые идентифицировали «горячие точки» в геномах бабочек, определяющие быструю эволюцию узора, которые оказались сосредоточены всего в нескольких генах (об одной такой работе мы уже писали). В двух новых статьях исследователи при помощи системы CRISPR\Cas9 выключили у нескольких видов нимфалид гены optix и WntA.

Окраска крыльев бабочек иногда зависит от структуры чешуек, покрывающих крылья — так называемая структурная окраска, обычно определяющая голубой цвет. У бабочек из семейства нимфалид она чаще определяется пигментами — оммохромами, которые придают крыльям желтый, красный и коричневый цвета.

Выключения гена optix оказалось достаточно, чтобы полностью уничтожить расцветку бабочек Agraulis vanillae и Vanessa cardui (репейницы), а у бабочки Junonia coenia крылья из рыжих превратить в голубые. Ученые сделали вывод, что транскрипционный репрессор optix регулирует окраску, подавляя синтез меланинов. В отсутствие репрессора меланины преобладают над оммохромами и придают крыльям черный цвет. Также optix, по всей видимости, подавляет структурированность чешуек, которая отвечает за голубой оттенок и переливчатость крыльев.

Выключение гена WntA повлияло на симметрию узора крыльев. Этот ген вовлечен в сигнальный каскад Wnt, который играет важную роль в эмбриональном развитии и у насекомых влияет, в том числе, на образование осей симметрии тела. Как выяснилось, влияние WntA по-разному определяет симметрию крыла у разных видов бабочек. У некоторых, например у той же репейницы, он определил наличие характерных пятен на нижней стороне крыла, а у бабочки-монарха выключение этого гена привело к изменению окраса крыла и появлению дополнительных белых полос.

Несмотря на кажущую сложность узора крыльев, для его формирования оказалось достаточно всего двух генов. Однако важность новой работы американских ученых не только в том, что они приблизились к пониманию адаптивной эволюции бабочек, но и в разработке генетического инструментария для работы с ними. Не исключено, что при помощи направленных изменений в работе этих двух генов ученые сумеют искусственно управлять узором и цветом крыльев.

Технология генной модификации CRISPR/Cas9 очень важна в медицине — об этом можно прочитать подробнее в нашем материале. Кроме того, универсальность и относительная простота этой технологии позволяют применять ее практически к любым организмам, в том числе к насекомым. Например, помимо любимого модельного объекта ученых — плодовой мушки дрозофилы, ее использовали для уничтожения малярийных комаров, а также для «выключения» социальности у муравьев.

Нимфалиды — широко распространенное в мире семейство бабочек, к которому принадлежат большинство известных нам дневных видов. Писатель и энтомолог Владимир Набоков даже посвятил бабочке-нимфалиде стихотворение, в котором назвал ее «греза березовой северной рощи» и «голубокая ночь в раме двух палевых зорь».

Дарья Спасская







Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.