Međunarodni tim je otkrio da su geni ivory i optix ponovo korišćeni za oblikovanje sličnih upozoravajućih šara kod više linija leptira i jednog moljca razdvojenih pre ~1–120 miliona godina. Analize celog genoma, identifikacija velike inverzije u Chetone histrio i CRISPR eksperimenti u Mechanitis messenoides dali su funkcionalnu potporu nalazima. Većina sličnosti potiče od nezavisnih regulatornih promena, što pokazuje da evolucija ponekad koristi ograničen, predvidljiv skup genetskih „prekidača“.
Evolucija 120 Miliona Godina: Isti Genetski „Prečanik“ Oblikuje Šare Leptira i Moljaca
Study finds butterflies and moths reused the same wing-pattern genes for 120 million years, pointing to predictable evolution. (CREDIT: Wikimedia / CC BY-SA 4.0)
Jedan žuti pojas na krilu može izgledati kao jednostavan ukras — ali u južnoameričkim prašumama često znači razliku između života i smrti. Novo istraživanje pokazuje da su skoro identične upozoravajuće šare kod više vrsta leptira i jednog dnevnog moljca nastajale ponovnom uporabom istih genetskih elemenata tokom poslednjih ~1–120 miliona godina.
Šta su istraživači uradili?
Međunarodni tim sa University of York i Wellcome Sanger Institute analizirao je genomsku varijaciju stotina jedinki iz sedam linija ithomiinih leptira i jednog moljca uključenih u neotropni „tigar“ mimikrijski prsten. Rad objavljen u PLOS Biology kombinuje analize celog genoma, mapiranje varijacija, funkcionalne eksperimente i proučavanje strukturnih varijanti.
Geographic distributions of the three tiger sub-mimicry rings: yellow band, orange-black and striped, based on Doré and colleagues together with representative mimicry ring member taxa. (CREDIT: PLOS Biology)
Glavni rezultati
Iako su vrste razdvojene milionima godina, slične upozoravajuće šare ponovo su se pojavljivale kroz promene u istim genima i regulatornim regionima. Dva ključna gena su ivory i optix:
- ivory — povezan sa žutim pojasom na prednjem krilu. Promene su se uglavnom nalazile u prvoj intronskoj/regulatornoj oblasti, ne u kodirajućem delu.
- optix — povezan sa razlikom između crnog i narandžastog na zadnjem krilu; ponovo su identifikovani uzvodni regulatorni regioni.
Funkcionalna potvrda
Autori su u Mechanitis messenoides koristili CRISPR-Cas9: isključenje ivory pretvaralo je crne i narandžaste skale u žute, dok je isključenje optix promenilo narandžaste skale u crne. Takođe su mapirali ekspresiju ivory u razvijajućim krilnim tkivima i pokazali da region bez ekspresije odgovara zoni žutog pojasa.
Ivory and optix control convergent phenotypes across multiple species. Zoomed Manhattan plots of genome-wide association for wing pattern variation involving (A) ivory and (B) optix. (CREDIT: PLOS Biology)
Strukturne paralele — inversije
U moljcu Chetone histrio otkrivena je velika inverzija od približno 1,018 Mb povezana s narandžasto-crnom varijantom; prugasti oblik nosi ancestralni red gena. Slično, inversija P1 poznata je kod leptira Heliconius numata. Jedan prekid inverzije u moljcu blisko je pozicioniran u odnosu na P1 prekid u H. numata, što ukazuje na paralelnu evoluciju ne samo gena već i genomske arhitekture, uprkos razdvajanju pre ~120 miliona godina.
Introgressija i nezavisne mutacije
Iako postoji opšti genomski protok gena između nekih rodova, autori nisu našli snažne dokaze da su ključni mimikrijski aleli u ivory i optix rasprostranjeni putem hibridizacije. Većina sličnih obrazaca verovatno je nastala nezavisnim regulatornim promenama, uz jedan sužen primer introgressije na optix u Melinaea vrstama.
Detailed phenotypic and functional analysis in Mechanitis messenoides. (CREDIT: PLOS Biology)
Izuzeci i ograničenja
Jedan važan izuzetak je u Melinaea menophilus, gde su varijacije u vrhu prednjeg krila povezane sa SNP-ovima između Hox gena Antennapedia i Ultrabithorax. Autori takođe napominju da analize zasnovane na SNP-ovima mogu propustiti insercije, delecije ili druge strukturne varijante, pa deljenje alela ne može biti potpuno isključeno.
Širi značaj
„Ovo pokazuje da neke adaptacije mogu biti predvidljive zato što evolucija često koristi ograničen skup 'prekidača' u razvojnim putevima,“
— zaključuju autori. Nalazi ukazuju da, kada su razvojni putevi snažno ograničeni, različite vrste često biraju iste genetske rešenja pod sličnim selekcijskim pritiscima (npr. učeće predatora i mimikrija).
QTL mapping intervals for forewing and hindwing pattern variation in Heliconius pardalinus. (CREDIT: PLOS Biology)
Zaključak
Studija osvetljava kako ponovna upotreba istih genetskih elemenata i ponekad slična genomska arhitektura mogu dovesti do dalekosežnih primera konvergentne evolucije. To ne znači da je evolucija potpuno predvidljiva, ali pruża snažan primer kako ograničeni genetski putevi mogu oblikovati ponovljiva rešenja u prirodi.
Izvor: PLOS Biology; istraživači sa University of York i Wellcome Sanger Institute.
Pomozite nam da budemo bolji.
