Новости и мнения

Суперген обнаружен в двойных бабочках

Различная маскировка бабочки контролируется вариантами одного гена, частично подтверждая и опровергая гипотезу, основанную на десятилетиях.

Female Common Mormon butterflies ( Papilio polytes ) are a varied lot. Самка Обыкновенных мормонских бабочек ( Papilio polytes ) – разнообразная партия. Некоторые выглядят как черно-белые самцы, но другие подражают более ярким токсичным бабочкам-парусникам, чтобы обмануть хищников и подумать, что они так же неприятны.

Миметические самки бывают трех разных типов, и на протяжении десятилетий ученые полагали, что эти различные маскировки контролируются «супергеном» – кластером генов, каждый из которых контролирует разные части крыльев, но наследуется как один блок.

Но Крушнагх Кунт из Института фундаментальных исследований Тата в Мумбаи, Индия, теперь показал, что предполагаемый суперген – это, по сути, один ген, называемый doublesex . Выражая разные версии гена на разных уровнях, бабочки могут радикально переключать свои модели крыльев, чтобы подражать многим различным видам. Результаты Kunte опубликованы сегодня (5 марта) в журнале Nature .

Двойное открытие удивляет вдвойне, потому что этот ген уже играет четко определенную роль: он отправляет развивающихся бабочек по мужской или женской тропе. «Поиск одного гена было неожиданностью», – сказал Кунте. «То, что это такой хорошо охарактеризованный ген с совершенно другой функцией, совершенно ошеломляет».

Британские ученые сэр Сирил Кларк и Филипп Шеппард пришли к идее супергена в 1960-х годах, после того, как их эксперименты по скрещиванию показали, что обыкновенные мормоны наследуют все свои модели крыльев как один, а не как отдельные элементы. С тех пор эта концепция была очень влиятельной, хотя на самом деле никто не идентифицировал кластерные гены.

Кунте вместе с Маркусом Кронфорстом из Чикагского университета и их коллегами, наконец, добились этого, сравнив немиметических самок, похожих на самцов, с теми, которые похожи на обычную розовую ласточкин хвост. Они искали части генома бабочки, которые были связаны с мимическими узорами, и в конечном итоге идентифицировали небольшую область, содержащую пять генов. Четыре из них были похожи у всех женщин, независимо от их моделей.

Но пятый ген – doublesex – различался у миметиков и немиметиков у более чем 1000 нуклеотидов. «Это была горячая точка молекулярной эволюции», – сказал Кунте. «Если вы посмотрите на мух или жуков, этот ген очень консервативный. Только у миметических и немиметических самок этого вида вы видите такое разнообразие ».

Эти мутации изменяют способ складывания белка двойного пола . Тем не менее, они не влияют на части гена, участвующие в разделении полов, что позволяет ему сохранять свою обычную функцию, при этом беря новую роль в качестве регулятора типа крыла.

Kunte и Kronforst также обнаружили, что, когда doublesex транскрибируется в РНК, транскрипт разделяется на четыре различные формы – три найдены у женщин и одна у мужчин. Оказалось, что эти формы объяснили бы различную маскировку женщин, но каждая женщина несет все три изоформы независимо от ее цвета. Вместо этого важно выражение гена. Команда показала, что даблсекс сильнее выражен у миметиков и в частях крыла, которые дают белые отметины.

Хотя doublesex – это всего лишь один ген, он все еще соответствует классической концепции, предложенной Кларком и Шеппардом. Kunte и Kronforst обнаружили, что миметическая версия doublesex инвертирована относительно немиметической , поэтому в геноме она находится в другой ориентации. Это предотвращает перетасовку различных аллелей друг с другом и гарантирует, что их тысячи мутаций все наследуются вместе.

Вместо группы тесно связанных генов, doublesex представляет собой группу тесно связанных мутаций в одном гене. Как сообщил The Scientist по электронной почте Марк Скрибер из Университета штата Монтана, «поистине удивительно», что Кларк нашел примерно правильный ответ 60 лет назад, не имея доступа к каким-либо современным молекулярным методам.

Другие ученые обнаружили классические супергены во многих других организмах, включая других бабочек. Например, Матье Жорон из Французского национального центра научных исследований показал, что разнообразные паттерны бабочек Heliconius контролируются кластерами многих генов, которые также связаны друг с другом посредством геномной инверсии. «Две линии независимо друг от друга развили удивительно похожее решение в ответ на одинаковое давление для точной мимики», – написал он в электронном письме. Джорон добавил, что теперь он хотел бы знать, что делает каждый элемент в гене двойного пола Обыкновенного Мормона, и почему их необходимо хранить вместе, чтобы получить полные модели миметиков.

Кунте также интересуется, имеют ли ученые тип двойного пола в качестве гена половой дифференциации, когда он потенциально может сделать гораздо больше. «В животном мире вы видите совершенно разных мужчин и женщин», – сказал он. «Может быть, именно это семейство генов, участвующих в определении пола по всему животному царству, также участвует в создании оленьих рогов или хвостов павлина».

K. Kunte et al., « Doublesex – это суперген, имитирующий мимикрию», Nature , doi: 10.1038 / nature13112, 2014.

Обсуждение

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *