jaký je rozdíl mezi černými beruškami s červenými skvrnami a červenými beruškami s černými skvrnami? Děti – stejně jako dospělí-si jednou položily tuto otázku. Stejně tak vědci. Od roku 1920, tam byl rostoucí soubor Práce na společné přítomnosti odlišných barevných vzorů v hmyzu v rámci stejného druhu. Zaujaly ji přední osobnosti evoluční biologie, například genetik Theodosius Dobžanský nebo ekolog Michael Majerus.
Jeden z nejznámějších případů z černé pigmentace polymorfismus byl popsán v 19. století v motýla, posety můra, s zatemněné celé tělo. To bylo nazýváno průmyslovým melanismem, protože mutace, která způsobila, že hmyz byl černý, byla souběžná s průmyslovou revolucí v Anglii. Motýl zbarvený sazemi má větší šanci přežít na bříze znečištěné sazemi.
u většiny druhů hmyzu postižených melanismem se však ztmavnutí objevuje pouze na určitých částech těla hmyzu a vytváří diskontinuální a složité černé vzory. To je případ Harlekýn beruška, Harmonia axyridis, také známý jako asijské beruška. Tento hmyz je mistrem polymorfních melanických vzorů s více než 200 barevnými vzory popsanými v přírodních populacích po celém světě. Tyto tvary odpovídají v podstatě variace v černé oblasti na červeném pozadí na krovky, ztvrdlé přední křídlo, které pokrývají hindwings.
identifikovaný barvicí Gen
genetické mechanismy, kterými jsou tyto melanické vzorce vytvářeny a udržovány v populacích berušek, zůstávají do značné míry neznámé. To bylo známé od roku 1950 různé barevné formy jsou výsledkem genetické variace se nachází v jedné oblasti genomu, které předtím nebyly charakterizovány. Naše výzkumné týmy spojují své síly, dát dohromady své odborné znalosti v oblasti populační genomiky a vývojové biologie, řešit tento problém. A naše úsilí se vyplatilo: identifikovali jsme genomický původ různých vzorců zbarvení u berušek harlekýnů. Zejména, jsme identifikovali gen, který kóduje všechny pokyny nezbytné, aby kreslit různé motivy, které zdobí předních křídel harlequin berušky. Tyto výsledky byly publikovány v srpnu 2018 v časopise Current Biology.
Nejprve jsme sekvenovali kompletní genom berušky harlekýnové. Pak, identifikovat oblasti genomu, spojené s barevné variace, jsme ve srovnání genomu sekvence mnoha harlequin berušky různých barevných forem pocházejících z několika přírodních populací po celém světě. Tato analýza poukázala na specifickou oblast genomu, který zahrnoval dva sousední geny. Postupná inaktivace každý z těchto dvou kandidátských genů identifikovat gen koš jako ten, kdo je zodpovědný za tvorbu černými vzory na krovky.
gene koš byl poprvé objeven u octomilky v roce 1980. Obecně platí, že názvy genů odkazují, často s nádechem humoru, na fyzické vady viditelné, když tento gen je mutovaný. Pro genový koš je to tvar mutantního embrya podobný košíčku, který inspiroval jeho jméno genetikům, kteří ho objevili. Překvapivě, u žádného jiného hmyzu se zdálo, že gen pannier není spojen s produkcí barevných vzorů. Následně, odhalující umístění protein produkovaný tímto genem, ukázali jsme, že koš je aktivován (nebo vyjádřeno) během krovky formace.
přesněji řečeno, gen koš je aktivní v různých populacích krovky buněk, které předcházejí přesně tam, kde černá pigmentace se objeví v dospělých. Koš pak aktivuje další geny, které společně zajišťují produkci černého pigmentu do těchto buněk a tím i vznik černé skvrny (v „červené“ berušky) nebo černé pozadí (v „černé“ berušky). Exprese genu pannier je sama o sobě řízena regulačními sekvencemi DNA umístěnými kolem genu. Právě tyto sekvence, které se velmi liší svým molekulárním složením, definují varianty genu pannier spojené s různými barevnými formami. Frekvence těchto variant kolísají mezi populacemi, vytváření velmi barevných kompozic v přirozených populacích berušky harlekýnové po celém světě.
stručně řečeno, různé barevné vzory v harlequin beruška najít svůj genetický původ ve variantách prostorového aktivace jediného genu, který organizuje vytvoření různých melanisation vzory krovky. Obecně řečeno, tyto výsledky ilustrují, jak variace v jediném genu (genotypech) mohou v některých případech generovat působivou rozmanitost fenotypů.
kromě barev
již dlouho existuje podezření, že zbarvení berušky, a tím i změny v genu, ovlivňují další znaky podílející se na přežití a reprodukci tohoto hmyzu. Distribuce různých forem zbarvení v populacích by tedy mohla odrážet adaptivní reakci na místní omezení (například klimatická omezení). V této souvislosti je zajímavá poznámka, mohou být vyrobeny, spojující barvy na invazivní charakter harlequin beruška, který od své rodné oblasti, v Asii, v poslední době kolonizovali čtyřech kontinentech (Severní Amerika, Jižní Amerika, Evropa a Afrika).
překvapivě je rozmanitost barevných forem h. axyridis omezena na napadených kontinentech. Ve většině kolonizovaných oblastí (s výjimkou Evropy) je přítomna pouze nemelanická forma (červená elytra s asi 20 černými skvrnami). K dnešnímu dni nebylo možné zjistit, zda kvazi-fixace jedné barvy tvoří v území je vzhledem k historické a demografické události (jednoduché náhodné efekty), nebo přírodní proces výběru prospěch non-melanic formě během invaze. Naše zjištění o oblastech genomu odpovědných za barevné variace nám mohou umožnit rozhodnout se mezi těmito dvěma hypotézami.