Ученые раскрыли секрет «супергена», управляющего окраской крыльев бабочек

Ученые из Чикагского университета расшифровали механизм работы «супергена» doublesex, который позволяет бабочкам-парусникам вида Papilio alphenor имитировать окраску крыльев ядовитых видов для защиты от хищников. Исследование опубликовано в журнале PNAS.

Самка бабочки-парусника (слева) имеет дополнительные оранжевые пятна и другую форму крыльев для имитации ядовитых видов, в то время как самец (справа) сохраняет стандартный набор белых пятен на черном фоне. Автор: Grant Czadzeck, University of Chicago

Используя современные методы геномного секвенирования и CRISPR, исследователи обнаружили, что суперген doublesex контролирует рисунок крыльев через цис-регуляторные элементы — участки некодирующей ДНК, которые изменяют экспрессию гена.

«Самцы и самки этих бабочек могут иметь совершенно разные цветовые узоры при практически одинаковом геноме — и каким-то образом один участок ДНК кодирует эти различные фенотипы», — объяснил Николас ВанКурен, ведущий автор исследования.

Ученые выявили, что новая аллель гена приобрела шесть новых цис-регуляторных элементов, которые работают вместе, чтобы включить ген другим способом и создать мимикрический рисунок крыльев. Это открытие показало, что ген фактически регулирует сам себя.

Самец бабочки-парусника (Papilio alphenor) имеет стандартный набор белых пятен на черном фоне. Автор: Grant Czadzeck, University of Chicago

Самка бабочки-парусника (Papilio alphenor) с дополнительными оранжевыми пятнами для имитации ядовитых видов. Автор: Grant Czadzeck, University of Chicago

Исследование также показало, что новый аллель контролирует цветовые узоры, регулируя несколько других нижестоящих генов, участвующих в развитии плана тела и формировании рисунка крыльев у других бабочек.

«Эти результаты очень интересны, потому что впервые мы знаем, где в геноме искать эти генетические переключатели, которые включают цветовые узоры», — отметил ВанКурен.

Николас ВанКурен с лотком куколок бабочек. Автор: Grant Czadzeck, University of Chicago

Куколка бабочки под микроскопом. Автор: Grant Czadzeck, University of Chicago

Профессор Маркус Кронфорст добавил, что бабочки представляют собой отличную систему для изучения биоразнообразия благодаря своему невероятному разнообразию видов и цветовых узоров внутри видов.

Интересный факт: мимикрия — не единственный защитный механизм бабочек. Некоторые виды используют прозрачные крылья для маскировки, а другие — «глазчатые» пятна, чтобы отпугивать хищников. Исследования генетических механизмов окраски помогают понять эволюционные процессы, стоящие за всем этим разнообразием.