hvad er forskellen mellem sorte mariehøns med røde pletter og røde mariehøns med sorte pletter? Børn – som voksne-har engang stillet sig selv dette spørgsmål. Det gør forskere også. Siden 1920 ‘ erne har der været en voksende mængde arbejde med den fælles tilstedeværelse af forskellige farvede mønstre hos insekter inden for samme art. Ledende figurer inden for evolutionær biologi, såsom genetiker Theodosius Dobjansky eller økolog Michael Majerus, har interesseret sig for det.

et af de mest berømte tilfælde af sort pigmenteringspolymorfisme blev beskrevet i det 19.århundrede i en sommerfugl, den peberede møll, med en mørk hele kroppen. Det er blevet kaldt industriel melanisme, fordi mutationen, der gjorde insektet sort, var samtidig med den industrielle revolution i England. En sodfarvet sommerfugl har en bedre chance for at overleve på en sodforurenet birk.

men i de fleste insektarter, der er ramt af melanisme, forekommer mørkningen kun på visse dele af insektlegemet og danner diskontinuerlige og komplekse sorte mønstre. Dette er tilfældet med Harlekin mariehøne, Harmonia aksyridis, også kendt som den asiatiske mariehøne. Dette insekt er en forkæmper for polymorfe melaniske mønstre med mere end 200 farvemønsterformer beskrevet i naturlige populationer rundt om i verden. Disse former svarer i det væsentlige til variationer i sorte områder på en rød baggrund på elytra, de hærdede forvinger, der dækker bagvingerne.

farvegenet identificeret

de genetiske mekanismer, hvormed disse melaniske mønstre oprettes og opretholdes i mariehønspopulationer, forbliver stort set ukendte. Det har været kendt siden 1950 ‘ erne, at de forskellige farveformer skyldes genetiske variationer placeret i en enkelt region af genomet, som ikke tidligere var blevet karakteriseret. Vores forskerhold går sammen om at sammensætte deres ekspertise inden for populationsgenomik og udviklingsbiologi for at løse dette problem. Og vores indsats betalte sig: vi har identificeret den genomiske Oprindelse af de forskellige farvemønstre i Harlekin mariehøns. Især har vi identificeret genet, der koder for alle de instruktioner, der er nødvendige for at tegne de forskellige motiver, der dekorerer Harlekin-mariehøns forvinger. Disse resultater blev offentliggjort i August 2018 i tidsskriftet Current Biology.

først sekventerede vi det komplette genom af harlekin mariehøne. Derefter, for at identificere regionen af genomet forbundet med farvevariation, vi sammenlignede genomsekvenserne for mange Harlekin mariehøns af forskellige farveformer, der stammer fra flere naturlige populationer rundt om i verden. Denne analyse pegede på en specifik region af genomet, som omfattede to nabogener. Den successive inaktivering af hvert af disse to kandidatgener identificerede genet pannier som det, der var ansvarlig for dannelsen af sorte mønstre på elytra.

genpannier blev først opdaget i frugtflue i 1980 ‘ erne. generelt henviser navnene på gener, ofte med et strejf af humor, til de fysiske misdannelser, der er synlige, når dette gen muteres. For genet pannier er det formen af det mutante embryo svarende til en pannier, der inspirerede sit navn til genetikerne, der opdagede det. Overraskende, i intet andet insekt syntes genpannier at være knyttet til produktionen af farvemønstre. Efterfølgende har vi ved at afsløre placeringen af proteinet produceret af dette gen vist, at pannier aktiveres (eller udtrykkes) under elytra-dannelse.

mere præcist er genpannier aktiv i forskellige populationer af elytra-celler, der præfigurerer præcis, hvor den sorte pigmentering vises hos voksne. Pannier aktiverer derefter andre gener, der kollektivt sikrer produktionen af sort pigment af disse celler og dermed dannelsen af de sorte pletter (i “røde” mariehøns) eller den sorte baggrund (i “sorte” mariehøns). Ekspressionen af genet pannier styres i sig selv af regulatoriske DNA-sekvenser placeret omkring genet. Det er disse sekvenser, som er meget forskellige i deres molekylære sammensætning, der definerer varianter af genet pannier forbundet med de forskellige farveformer. Frekvenserne af disse varianter svinger blandt populationer, hvilket skaber meget farverige kompositioner inden for de naturlige populationer af harlekin mariehøne over hele verden.

sammenfattende finder de forskellige farvemønstre i Harlekin mariehøne deres genetiske oprindelse i variationer af den rumlige aktivering af et enkelt gen, der orkestrerer etableringen af forskellige melaniseringsmønstre af elytra. Generelt illustrerer disse resultater, hvordan variationer i et enkelt gen (genotyper) i nogle tilfælde kan generere en imponerende mangfoldighed af fænotyper.

ud over farverne

har det længe været mistanke om, at farvningen af en mariehøne og dermed variationer i genet pannier påvirker andre træk, der er involveret i overlevelsen og reproduktionen af dette insekt. Fordelingen af de forskellige farveformer inden for populationer kunne således afspejle et adaptivt svar på lokale begrænsninger (for eksempel klimatiske begrænsninger). I denne sammenhæng kan der fremsættes en interessant bemærkning, der forbinder farven med den invasive karakter af harlekin mariehøne, der fra sit oprindelige område i Asien for nylig koloniserede de fire kontinenter (Nordamerika, Sydamerika, Europa og Afrika).

overraskende nok er mangfoldigheden af farveformer af H. aksyridis begrænset på invaderede kontinenter. I de fleste koloniserede områder (undtagen i Europa) er kun den ikke-melaniske form (rød elytra med omkring 20 sorte pletter) til stede. Til dato har det ikke været muligt at bestemme, om kvasifikseringen af en enkelt farveform i det invaderede område skyldes historiske eller demografiske beredskaber (enkle tilfældige effekter) eller en naturlig udvælgelsesproces, der favoriserer den ikke-melaniske form under invasionen. Vores fund om regionerne i genomet, der er ansvarlige for farvevariationer, kan give os mulighed for at beslutte mellem disse to hypoteser.