Исследования амазонских бабочек Heliconius показали, что два наиболее распространенных цветовых узора, которые встречаются в сочетании на крыльях многих видов Heliconius — красное пятно денниса на основании переднего крыла и лучисто-красные полосы, расходящиеся веером на заднем крыле. — контролируются отдельными генетическими переключателями, возникшими у совершенно разных видов.Команда исследователей проследила слияние этих двух элементов рисунка крыльев до скрещивания между видами бабочек, которое произошло почти два миллиона лет назад.В течение некоторого времени было известно, что обмен генами между видами может иметь важное значение для эволюции: люди обменялись генами с нашими ныне вымершими родственниками, которые могут помочь выживанию на больших высотах, а зяблики Дарвина обменялись генами, влияющими на форму клюва.
У бабочек смена элементов рисунка крыльев позволяет разным видам иметь общие предупреждающие знаки, отпугивающие хищников — явление, известное как мимикрия.Однако новое исследование, опубликованное сегодня в журнале PLOS Biology, впервые показало, что такое смешение генетического материала может приводить к совершенно новым строениям крыльев за счет генерации новых комбинаций генов.«Мы обнаружили, что разные цветовые пятна на крыльях контролируются разными генетическими переключателями, которые можно включать и выключать независимо.
Поскольку эти переключатели были общими для разных видов, они смешивались в разные комбинации, создавая новые узоры крыльев», — сказал старший автор, профессор Крис Джиггинс с факультета зоологии Кембриджского университета.Исследователи секвенировали геномы 142 отдельных бабочек 17 видов Heliconius и сравнили данные ДНК, сосредоточив внимание на областях, связанных с двумя красными цветными узорами денниса и луча на переднем и заднем крыльях. «В геноме каждой бабочки мы сузили около 300 миллионов пар оснований ДНК до нескольких тысяч», — сказал Джиггинс.Они обнаружили, что генетические переключатели этих отдельных пятен на крыльях работают независимо, несмотря на то, что они расположены рядом друг с другом в геноме.
Секвенирование показало, что переключатель для каждого цветного пятна эволюционировал только один раз и у отдельных видов, но неоднократно использовался для всех видов Heliconius в случайных точках скрещивания, насчитывающих почти два миллиона лет."Определив генетические переключатели, связанные с частями рисунка крыльев, когда они эволюционировали и как они расходились, мы можем отобразить на дереве видов, как эти маленькие области цвета перепрыгивали между видами — и мы можем видеть, что они прыгают повсюду. — сказал Джиггинс.
Ключом к этой эволюционной картине бабочек является независимость каждого генетического переключателя. «Ген, которым управляют эти переключатели, идентичен у всех этих бабочек, он каждый раз кодирует один и тот же белок. Это не может измениться, поскольку ген выполняет другие важные функции», — сказал ведущий автор доктор Ричард Уоллбэнк, также из Кембриджского университета. Кафедра зоологии.«Это переключатели, которые являются независимыми, которые гораздо более тонкие и мощные, позволяющие эволюционировать переделывать рисунок крыльев, не затрагивая части генетического программного обеспечения, которые управляют мозгом или глазами.
«Эта модульность означает, что включение крошечного фрагмента ДНК гена создает тот или иной узор на крыльях — как коробку с генетической краской», — сказал Уоллбэнк.