Неприметная микроРНК раскрыла эволюционную тайну окраски крыльев бабочек и мотыльков

Чешуекрылые (бабочки и мотыльки) демонстрируют великолепное разнообразие окраски крыльев, причем у многих видов встречаются черно-белые или темные и светлые варианты окраски крыльев, связанные с наличием или отсутствием меланина. Многие из этих вариантов окраски крыльев являются хрестоматийными примерами естественного отбора и эволюции.

Среди знаковых примеров - быстрое увеличение частоты встречаемости меланистической формы пяденицы Biston betularia, вызванное более темной, покрытой копотью окружающей средой в результате сжигания углерода и индустриализации в конце 1800-х годов в Великобритании, а также комплексы мимикрии бабочек Heliconius, и другие примеры.

Несмотря на часто хорошо понятные экологические факторы, способствующие наличию или отсутствию меланина в крыльях этих чешуекрылх, генетическая и эволюционная основа изменений в окраске остается неясной.

За последние два десятилетия ученые обнаружили, что большинство вариантов меланистического окраса крыльев контролируется одним геномным участком вокруг гена cortex. Предполагалось, что именно cortex является переключателем цвета.

Международная группа исследователей из Сингапура, Японии и США под руководством профессора Антонии Монтейро и доктора Шен Тянь с факультета биологических наук Национального университета Сингапура (NUS) обнаружила, что cortex не влияет на чёрную окраску. Вместо него за переключение цвета отвечает ранее игнорируемая микроРНК.

Результаты исследования были опубликованы в журнале Science 5 декабря 2024 года.

Доктор Тянь, ведущий автор этой работы, поясняет: «Множество доказательств, полученных в ходе предыдущих исследований, заставляют усомниться в том, что cortex действительно является переключателем меланизма, что вдохновило меня на проверку функции иных последовательностей в этом геномном регионе - микроРНК».

«МикроРНК - это небольшие молекулы РНК, которые не кодируют белки, как большинство генов, но при этом играют важную роль в регуляции генов, подавляя экспрессию целевых генов»

В этом исследовании доктор Тянь с коллегами обнаружили микроРНК, расположенную рядом с cortex, mir-193. Ученые разрушили mir-193 с помощью инструмента редактирования генов CRISPR-Cas9 в трех эволюционно далеких друг от друга линиях бабочек. Полное разрушение mir-193 привело к исчезновению черного и темного цвета крыльев у африканской бабочки Bicyclus anynana, индийской капустной белянки Pieris canidia и у парусника Papilio polytes.

А вот нарушение работы гена cortex и трех других белок-кодирующих генов из того же геномного региона у B. anynana не повлияло на окраску крыльев. Это указывает на то, что mir-193, а не cortex или какой-либо другой близлежащий ген, является ключевым регулятором чёрного окраса у этих бабочек.

Далее команда подтвердила, что mir-193 образуется из длинной небелковой кодирующей РНК, ivory, и функционирует, непосредственно подавляя множество генов пигментации. Поскольку последовательность mir-193 глубоко консервативна не только у чешуекрылых, но и во всем животном царстве, команда также проверила роль mir-193 у мух-дрозофил. Удивительно, но оказалось, что mir-193 также контролирует чёрную окраску у этих мух, что говорит о глубоко консервативной роли mir-193 за пределами отряда чешуекрылых.

Профессор Монтейро добавила: «В то время как предыдущие исследования фокусировались исключительно на роли cortex в создании меланистических вариаций, наше исследование опровергает эту гипотезу и демонстрирует, что маленькая некодирующая РНК является переключателем, экспрессия или репрессия которого приводит к разнообразным меланистическим вариациям окраски крыльев в природе».

«Это исследование показывает, что плохо аннотированные некодирующие РНК никогда не должны игнорироваться в исследованиях связей генотип-фенотип, в противном случае это может привести к ошибочным выводам.»

Доктор Тянь заключил: «Роль некодирующих РНК в фенотипической диверсификации в значительной степени не изучена. Это исследование побуждает к дальнейшему изучению того, как некодирующие РНК, такие как микроРНК, могут способствовать фенотипической диверсификации организмов».

Источник: www.science.nus.edu.sg

Комментарии: