Zespół naukowców z Cornell College of Agriculture and Life Sciences (CALS) spróbował wyjaśnić, w jaki sposób tzw. śmieciowe DNA (fragmenty znajdujące się między genami) decyduje o wzorach skrzydeł motyli. Okazuje się, że niekodujące regulacyjne fragmenty DNA działają jak przełączniki, promujące niektóre wzory. Szczegóły opisano w czasopiśmie Science.
Czytaj też:Motyle są jak jaszczurki? Też mogą gubić swoje “ogonki”
Dr Anyi Mazo-Vargas z CALS mówi:
Jesteśmy zainteresowani tym, jak ten sam gen może zbudować te bardzo różnie wyglądające motyle. Widzimy, że istnieje bardzo konserwatywna grupa przełączników niekodującego DNA, które działają w różnych pozycjach i są aktywowane.
Motyle – piękne i skomplikowane
Już wcześniejsze badania wykazały dwa kluczowe geny odpowiadające za wygląd skrzydeł motyli: WntA, który kontroluje paski i Optix, który odpowiada za kolor i opalizację. Ich wpływ jest niepodważalny: kiedy wyłączono Optix, skrzydła owadów wydawały się czarne, a kiedy dezaktywowano WntA, na ich skrzydłach nie było pasków.
Teraz naukowcy postanowili sprawdzić, czy wpływ na gen WntA mają fragmenty niekodujące (tzw. śmieciowe) DNA. Przeanalizowano 46 takich elementów w pięciu gatunkach motyli z rodziny rusałkowatych. Wykorzystano technikę ATAC-seq do namierzenia regionów, w których dochodzi do rozplątania DNA, które poprzedza interakcje między regulatorami genów a właściwymi genami. Okazało się, że wiele regionów regulacyjnych jest wspólna dla różnych gatunków motyli. Używając techniki CRISPR/Cas9 wyłączono wspomniane 46 genów (jeden po drugim) w celu sprawdzenia, jaki będzie to miało wpływ na wygląd skrzydeł motyli.
U czterech gatunków – Junonia coenia, Vanessa cardui, Heliconius himera i Agraulis vanillae – każdy z tych niekodujących elementów pełnił podobną funkcję w stosunku do genu WntA, co dowodzi, że są one naprawdę stare i prawdopodobnie pochodzą od wspólnego przodka.
Odkryli także, że danaid wędrowny (Danaus plexippus) używał innych elementów regulacyjnych niż pozostałe cztery gatunki do kontroli swojego genu WntA. Prawdopodobnie utracił część informacji genetycznej i musiał na nowo “wymyślić” umaszczenie skrzydeł, aby uzyskać unikalne wzory.
Czytaj też:Prawie 200 unikalnych gatunków motyli w Kolumbii. Wkrótce możemy je stracić
Theodore Morgan, dyrektor programowy National Science Foundation (NSF), które sfinansowało badania, mówi:
To badanie jest przełomowe dla naszego zrozumienia genetycznej kontroli złożonych cech, i to nie tylko u motyli. Badanie nie tylko pokazało, jak instrukcje dla wzorów kolorów motyli są głęboko zachowane w całej historii ewolucyjnej, ale także ujawniło nowe dowody na to, jak regulacyjne segmenty DNA pozytywnie i negatywnie wpływają na cechy takie jak kolor i kształt.