Nowe badania odkrywają zaskakujący mechanizm genetyczny, który wpływa na rozwój ubarwienia skrzydeł motyla
Międzynarodowy zespół naukowców odkrył nieoczekiwany proces genetyczny, który kształtuje skomplikowane i kolorowe wzory na skrzydłach motyla. Opublikowano w Postępowanie Narodowej Akademii Nauk– badanie prowadzone przez Lucę Livraghi z George Washington University i University of Cambridge – wskazuje, że: RNA cząsteczką, a nie białkiem, jak wcześniej sądzono, jako kluczową w kontrolowaniu rozprzestrzeniania się czarnego pigmentu na skrzydłach motyla.
To, w jaki sposób motyle potrafią generować żywe wzory i kolory na swoich skrzydłach, od wieków fascynuje biologów. Kod genetyczny zawarty w komórkach rozwijających się skrzydeł motyla narzuca specyficzny układ kolorów na łuskach skrzydeł – mikroskopijnych płytkach tworzących wzory skrzydeł – podobnie jak rozmieszczenie kolorowych pikseli tworzących obraz cyfrowy.
Złamanie tego kodu ma fundamentalne znaczenie dla zrozumienia, w jaki sposób nasze geny budują naszą anatomię. W laboratorium badacze mogą manipulować tym kodem u motyli za pomocą narzędzi do edycji genów i obserwować wpływ na widoczne cechy, takie jak ubarwienie skrzydeł.
Rola genów kodujących białka
Naukowcy od dawna wiedzą, że geny kodujące białka odgrywają kluczową rolę w tych procesach. Tego typu geny tworzą białka, które mogą dyktować, kiedy i gdzie dana łuska powinna generować określony pigment. Jeśli chodzi o czarne pigmenty, badacze sądzili, że proces ten nie będzie inny i początkowo sugerowali istnienie genu kodującego białko. Nowe badania pokazują jednak inny obraz.
ciemna pigmentacja została utracona w jednym zestawie skrzydeł po edycji genów za pomocą CRISPR, co spowodowało wyłączenie a
kluczowa cząsteczka RNA odpowiedzialna za regulację koloru skrzydeł. Źródło: Luca Livraghi
Zespół odkrył gen wytwarzający cząsteczkę RNA, a nie białko, kontrolujący wytwarzanie ciemnych pigmentów podczas metamorfozy motyli. Korzystając z techniki edycji genomu CRISPR, naukowcy wykazali, że po usunięciu genu wytwarzającego cząsteczkę RNA motyle całkowicie tracą swoje czarne zabarwione łuski, co pokazuje wyraźny związek między aktywnością RNA a rozwojem ciemnego pigmentu.
RNA jako ewolucyjny pędzel
„To, co odkryliśmy, było zdumiewające” – powiedziała Livraghi, naukowiec ze stopniem doktora w GW. „Ta cząsteczka RNA bezpośrednio wpływa na miejsce pojawienia się czarnego pigmentu na skrzydłach, kształtując wzory kolorów motyla w sposób, którego się nie spodziewaliśmy”.
Naukowcy dokładniej zbadali, w jaki sposób cząsteczka RNA funkcjonuje podczas rozwoju skrzydeł. Badając jego aktywność, zaobserwowali doskonałą korelację pomiędzy miejscem ekspresji RNA a miejscem tworzenia się czarnych łusek.
„Byliśmy zdumieni, że ten gen jest włączany w miejscu, w którym ostatecznie rozwiną się czarne łuski na skrzydle, z niezwykłą precyzją” – powiedział Arnaud Martin, profesor biologii w GW. „To naprawdę ewolucyjny pędzel pod tym względem i kreatywny, sądząc po jego efektach w kilku obszarach gatunek.”
Naukowcy zbadali nowo odkryty RNA kilku innych motyli, których historia ewolucyjna różniła się około 80 milionów lat temu. Odkryli, że u każdego z tych gatunków RNA ewoluowało, aby kontrolować nowe umiejscowienie we wzorach ciemnych pigmentów.
„Spójne wyniki uzyskane z mutantów CRISPR u kilku gatunków naprawdę pokazują, że ten gen RNA nie jest nowym wynalazkiem, ale kluczowym mechanizmem przodków kontrolującym różnorodność wzorów skrzydeł” – powiedział Riccardo Papa, profesor biologii na Uniwersytecie Portoryko – Río Piedras.
„My i inni przyjrzeliśmy się teraz tej cesze genetycznej wielu różnych gatunków motyli i co zaskakujące, odkrywamy, że ten sam RNA jest używany wielokrotnie, od motyli długoskrzydłych po monarchy i motyle malowane” – powiedział Joe Hanly, doktor habilitowany naukowiec i pracownik naukowy w GW. „Bez wątpienia jest to gen kluczowy dla ewolucji wzorów skrzydeł. Zastanawiam się, jakie inne podobne zjawiska mogli przeoczyć biolodzy, ponieważ nie zwracali uwagi na ciemną materię genomu.
Odkrycia nie tylko podważają wieloletnie założenia dotyczące regulacji genetycznej, ale także otwierają nowe możliwości badania ewolucji widocznych cech u zwierząt.
Odniesienie: „Długi niekodujący RNA w kora locus kontroluje adaptacyjne ubarwienie motyli” Luca Livraghi, Joseph J. Hanly, Elizabeth Evans, Charlotte J. Wright, Ling S. Loh, Anyi Mazo-Vargas, Kiana Kamrava, Alexander Carter, Eva SM van der Heijden, Robert D. Reed , Riccardo Papa, Chris D. Jiggins i Arnaud Martin, 30 sierpnia 2024 r., Postępowanie Narodowej Akademii Nauk.
DOI: 10.1073/pnas.2403326121
Badania wsparły Narodowa Fundacja Nauki oraz Rada Badań nad Biotechnologią i Naukami Biologicznymi.
