Технология CRISPR изменила узоры на крыльях бабочек
Сегодня в мире насчитывается более 20 тысяч видов бабочек, и все они имеют разные цвета и узоры на крыльях. Раскрытие того фактора, который влияет на эти различия, может стать ключом к пониманию биоразнообразия и установлению некоторых аспектов "правил жизни", говорят учёные.
Исследователи изучают особенности этих насекомых не первый год. Например, им известно, что у некоторых видов пятна на крыльях имитируют глаза хищных птиц. Биологам даже удалось искусственно изменить цвет крыльев бабочек – в этом помогла методика селекционного разведения.
Однако теперь исследователи пошли ещё дальше и впервые использовали легендарную технологию редактирования генов CRISPR, чтобы изучить разнообразные узоры на крыльях насекомых. В итоге команда под руководством Арно Мартина (Arnaud Martin) из Университета Джорджа Вашингтона выяснила, какие гены отвечают за разнообразие рисунков и цветов, и даже научилась модифицировать эти гены.
Специалисты поясняют: красивые цветные узоры помогают бабочкам в поисках партнёра, а также служат защитным механизмом от хищников. В ходе своей работы учёные наблюдали за несколькими колониями бабочек, причём отслеживали весь их жизненный цикл.
Исследователи собирали яйца бабочек и при помощи инструмента CRISPR один за другим изменяли гены насекомых, пытаясь определить, какие именно отвечают за конфигурацию рисунков.
В итоге учёные определили нужный ген – он называется WntA. Этот ген отвечает за формирование отличительных особенностей крыльев каждого вида. Определив это, команда выбрала семь видов бабочек и удалила у них ген WntA.
Дальнейшие наблюдения показали, что крылья этих насекомых с удалённым геном значительно изменились, и эти изменения затронули узор на крыльях. Так, у некоторых видов сместились границы между разными рисунками, а у других изменился полосовидный узор.
"Бабочки-мутанты продемонстрировали различные модификации в отдельных областях крыльев. Это важное открытие о генах и эволюции. Получается, один ген может развиваться снова и снова, чтобы создавать что-то новое", — отмечает Мартин.
Он сравнивает крыло бабочки с чистым холстом, на который художник сначала набрасывает эскиз, а затем прорисовывает детали. По мнению учёного, у насекомых происходит то же самое, а художником выступают их гены (их назвали "гены живописи").
Тем временем другая команда учёных из Корнеллского университета выяснила, что за цветовую палитру узоров на крыльях бабочек отвечает ген под названием optix. В этом также помогла технология CRISPR.
Исследователи работали с четырьмя видами бабочек. Они выяснили, что дезактивация гена optix "стирает" всю пигментацию с крыльев насекомых, делая их просто чёрными или серыми.
Кстати, тот же ген отвечает у некоторых видов за синий цвет радужной оболочки глаз. Ранее считалось, что он связан с пигментацией, но, вероятно, речь идёт о более глубокой – структурной – окраске, полагают специалисты.
Теперь учёные панируют использовать технологию редактирования генов CRISPR, чтобы создать новые модификации узоров на крыльях бабочек. Их основная задача – научиться контролировать работу генов. В дальнейшем эти исследования пригодятся и для изучения других, более сложных организмов и их генетических особенностей, уверены авторы.
Они поясняют: несмотря на обширные знания, невозможно предсказать, как будет выглядеть или вести себя то или иное живое существо, даже зная весь его геном. Но некоторые из этих "правил жизни" можно разгадать, и на примере бабочек исследователи это доказали.
"Я думаю, что работа, которую мы сейчас делаем, откроет мир новых возможностей для изучения биоразнообразия и, надеюсь, поможет разгадать секреты этих существ", — заключает Мартин.
Научная статья его команды опубликована в издании PNAS.
Добавим, что ранее генетика бабочек-монархов помогла объяснить их необычную миграцию.
