'Прыгающий ген' привел березовых пядениц на темную сторону
Исследователи из Ливерпульского университета идентифицировали и датировали генетическую мутацию, которая привела к появлению черной формы березовой пяденицы. Эта форма быстро распространилась во время промышленной революции в Британии.
Новые данные решают ключевой недостающий элемент в этом знаковом учебном примере эволюции путем естественного отбора.
Типичная форма бабочки имеет светло-окрашенные крылья. Однако во время промышленной революции темная форма вытеснила светлую, поскольку лучше сливалась с покрытой копотью корой городских деревьев и избегала хищников.
В новой статье, опубликованной в Nature, ученые обнаружили, что за этот темный вариант ответственна мутация «прыгающего гена». С помощью статистического моделирования эта мутация была независимо датирована примерно 1819 годом, что согласуется с историческими записями.
Прыгающие гены, более формально известные как транспозоны (transposable elements, TEs), — это мобильные сегменты ДНК, которые могут менять свое положение в геноме и влиять на экспрессию других генов. Используя тонкое картирование сцепления и ассоциаций в сочетании с секвенированием ДНК нового поколения, команда установила, что за изменение цвета ответственен крупный транспозон, вставленный в ген cortex бабочки.
Доктор Илик Саккери, руководивший исследованием, сказал: «Это открытие заполняет фундаментальный пробел в истории березовой пяденицы. Надеюсь, тот факт, что эта знаменитая мутация вызвана транспозоном, привлечет больше внимания к влиянию мобильной ДНК на приспособленность и возникновение новых фенотипов».
Первое задокументированное наблюдение черной пяденицы было в Манчестере в 1848 году. Однако она могла существовать незамеченной в популяции с очень низкой частотой много лет до этого.
Чтобы независимо оценить, когда произошла мутация, команда использовала основанную на моделировании статистическую «машину времени». Она позволила определить количество поколений, необходимое для формирования наблюдаемой картины вариаций в последовательности ДНК, фланкирующей транспозон.
Доктор Паскаль Кампань, работавший над исследованием, сказал: «Наша лучшая оценка — 1819 год — показывает, что событие мутации произошло во время промышленной революции, и потребовалось около 30 лет, чтобы она стала достаточно распространенной, чтобы быть замеченной».
Соавтор доктор Арьян вант Хоф добавил: «Эти результаты дают возможность дальше развивать промышленный меланизм пяденицы как инструмент для преподавания эволюционной биологии и генетической основы адаптации».
Параллельная статья в том же журнале от исследователей из Кембриджского и Шеффилдского университетов показывает, что тот же ген cortex также позволяет тропическим бабочкам мимикрировать, подражая яркой и красочной окраске друг друга.
Доктор Саккери прокомментировал: «Это крайне неожиданно, поскольку полиморфизмы у бабочек и моли выглядят очень по-разному, а виды разделены более чем 100 миллионами лет. Это говорит о том, что ген cortex играет центральную роль в создании разнообразия узоров у чешуекрылых, и, в более общем смысле, что адаптивная эволюция часто опирается на консервативный набор регуляторных переключателей».
Исследование «The Industrial melanism mutation in British peppered moths is a transposable element» финансировалось Советом по исследованиям природной среды (NERC) и опубликовано в выпуске Nature от 2 июня 2016 года.