Ученые из США, Британии и Панамы изучили рисунки на крыльях семи видов бабочек и выяснили, что разнообразие этих рисунков у разных видов достигается за счет изменения лишь одного гена.
Узоры крыльев обычной бабочки Heliconius sara (слева)
в сравнении с узором у бабочки с мутантным геном WntA.
© Richard Wallbank / Smithsonian Institution and University of Cambridge
Рисунки на крыльях у всех бабочек одного вида одинаковы, в отличие от, к примеру, зебр или леопардов — у них расположение полос и пятен индивидуально для каждого животного. Элементы, из которых составляется рисунок на крыле бабочки, представляют собой сложную анатомическую систему, сходную со скелетом или частями тела у животных. Она называется системой симметрии.
Эта система удобна для изучения процессов эволюции и возникновения разных видов. Однако генетические факторы, лежащие в основе разнообразия рисунков на крыльях бабочек, до настоящего времени оставались неясными.
Ученые исследовали семь из более 6000 тысяч видов бабочек семейства нимфалид. Большинство из них имеют свойственный только их виду узор.
Специалистов интересовало функционирование гена WntA, предположительно отвечающего за морфологическое разнообразие. Уже известно, что вариативность аллелей, отвечающих за форму крыльев у бабочек, происходит именно в сигнальном гене WntA. Ученые с помощью CRISPR/Cas9 вызвали в этом гене ряд мутаций, чтобы нарушить его работу и выяснить, какую роль он играет в формировании систем симметрии.
Выяснилось, что WntA отвечает за разнообразные элементы рисунка даже в пределах одного крыла одной бабочки, а утрата его функции вызывает многочисленные модификации в рисунках.
Так, у трех бабочек с сохраненным расположением рисунка WntA был необходим для образования полосок систем симметрии, а также активировал появление пятнышек, специфичных для передних крыльев вида Vanessa Anabella. У двух видов Heliconius этот ген определял взаимосвязь между окрашенными участками и более светлыми рисунками, которые их обрамляют. А у бабочек Agraulis удаление WntA показало, что он может выполнять разные роли на всем поле крыла — способствует появлению одного элемента рисунка и в то же время подавляет проявление соседнего с ним элемента.
И наконец, WntA сыграл разные роли в образовании рисунка у бабочки монарха, у которой нет полосочной системы симметрии.
Результаты исследования показали, что именно WntA является сигнальным геном для появления новых комбинаций рисунков у нимфалид, что лежит в основе появления богатого морфологического разнообразия и в конечном счете вызывает макроэволюционные изменения.
Результаты исследования опубликованы в журнале PNAS
Источник: chrdk.ru
