Генетическая «палитра» перемешивается между видами бабочек для создания новых узоров на крыльях

Новое исследование геномов бабочек показало, что генетические компоненты, отвечающие за разные цветовые пятна на крыльях, могут перемешиваться между видами в результате межвидового скрещивания, создавая новые узоры, подобно «генетической палитре».

Исследование амазонских бабочек Heliconius показало, что два наиболее распространённых цветовых узора, встречающихся в комбинации на крыльях многих видов Heliconius — красное пятно «dennis» у основания переднего крыла и красные полосы «ray», расходящиеся веером по заднему крылу — контролируются отдельными генетическими «переключателями», возникшими у совершенно разных видов.

Команда исследователей проследила слияние этих двух элементов узора крыла до межвидового скрещивания, которое произошло почти два миллиона лет назад.

Уже некоторое время известно, что обмен генами между видами может быть важен для эволюции: люди обменивались генами с ныне вымершими родственниками, что может помогать выживанию на больших высотах, а вьюрки Дарвина обменялись геном, влияющим на форму клюва. У бабочек обмен элементами узора крыла позволяет разным видам разделять общие предупреждающие знаки, отпугивающие хищников — явление, известное как мимикрия.

Однако новое исследование, опубликованное в журнале PLOS Biology, впервые показывает, что такое смешивание генетического материала может производить совершенно новые узоры на крыльях, создавая новые комбинации генов.

«Мы обнаружили, что разные цветовые пятна на крыльях контролируются разными генетическими переключателями, которые могут включаться и выключаться независимо. Поскольку эти переключатели были общими для видов, они перемешались в разные комбинации, создавая новые узоры крыльев», — сказал старший автор, профессор Крис Джиггинс из Департамента зоологии Кембриджского университета.

Исследователи секвенировали геномы 142 особей бабочек из 17 видов Heliconius и сравнили данные ДНК, сосредоточившись на регионах, связанных с двумя красными узорами «dennis» и «ray» на переднем и заднем крыле. «В каждом геноме бабочки мы сузили поиск с примерно 300 миллионов пар оснований ДНК до всего нескольких тысяч», — сказал Джиггинс.

Они обнаружили, что генетические переключатели для этих различных пятен работают независимо, несмотря на то, что расположены рядом в геноме. Секвенирование показало, что переключатель для каждого цветового пятна эволюционировал всего один раз и в отдельных видах, но неоднократно передавался между всеми видами Heliconius в ходе эпизодического межвидового скрещивания, датируемого почти двумя миллионами лет назад.

«Определяя генетические переключатели, связанные с элементами узора крыла, время их возникновения и пути дивергенции, мы можем фактически нанести на древо видов карту того, как эти маленькие области цвета перепрыгивали между видами — и мы видим, что они прыгают повсюду!» — сказал Джиггинс.

Ключом к этой эволюционной «живописи» бабочек является независимость каждого генетического переключателя. «Ген, который контролируют эти переключатели, идентичен у всех этих бабочек, он кодирует один и тот же белок каждый раз. Он не может измениться, потому что ген выполняет и другие важные функции», — сказал ведущий автор доктор Ричард Уоллбэнк, также из Департамента зоологии Кембриджа.

«Независимы именно переключатели, что гораздо более тонко и мощно, позволяя эволюционную «доводку» узора крыла без воздействия на части генетической «программы», контролирующие мозг или глаза.

Эта модульность означает, что включение крошечного участка ДНК гена производит один или другой элемент узора на крыльях — как генетическая палитра», — сказал Уоллбэнк.