Секреты супергена бабочек, контролирующего окраску и узоры крыльев

Новое исследование, опубликованное в PNAS учеными из Чикагского университета, раскрывает внутреннюю работу «супергена» doublesex, который помогает бабочке-паруснику Papilio alphenor мимикрировать под окраску крыльев других, неродственных видов, ядовитых для хищников.

Используя современные методы геномного секвенирования и CRISPR, исследователи показали, как суперген приобрел способность контролировать узоры крыльев, связавшись с другими генетическими элементами, регулирующими его собственную экспрессию.

Исследование супергена

В данном случае суперген doublesex состоит всего из одного гена. Только самки этого вида развивают альтернативные узоры крыльев, добавляя оранжевые пятна к белым, чтобы имитировать другие виды; самцы сохраняют стандартные белые пятна на черном фоне.

Команда провела серию экспериментов по манипуляции активностью гена doublesex. Результаты показали, что различия в структуре белка двух разных версий (аллелей) гена были незначительны. Вместо этого ключевую роль играли cis-регуляторные элементы — участки некодирующей ДНК поблизости, которые меняли способ экспрессии гена.

Новый аллель приобрел шесть новых cis-регуляторных элементов, функция которых зависела от белка doublesex. Эти элементы работали вместе, чтобы включить ген по-новому и сгенерировать новый миметический узор крыльев. Это открытие предполагает, что ген регулировал сам себя.

Также новый аллель контролировал окраску, регулируя несколько других нижестоящих генов, участвующих в развитии плана тела и формировании узора крыльев у других бабочек.

Новый инструмент для изучения биоразнообразия

Это открытие позволяет исследователям продолжать изучать, как супергены приобретают способность создавать такое разнообразие форм из одного генома. Бабочки — отличная модель для этого из-за их невероятного разнообразия видов и цветовых паттернов внутри видов.