Mitä eroa on mustilla täplillä varustetuilla mustilla leppäkertuilla ja mustilla täplillä varustetuilla punaisilla leppäkertuilla? Lapset-kuten aikuiset-ovat kerran esittäneet tämän kysymyksen itselleen. Samoin tiedemiehet. 1920-luvulta lähtien on tutkittu yhä enemmän eri väristen kuvioiden esiintymistä saman lajin hyönteisissä. Evoluutiobiologian johtohahmot, kuten geneetikko Theodosius Dobzhansky tai ekologi Michael Majerus, ovat kiinnostuneet siitä.
yksi kuuluisimmista mustan pigmentaation polymorfiatapauksista kuvattiin 1800-luvulla perhosessa, pippurisessa yöperhosessa, jonka koko ruumis oli tummunut. Sitä on kutsuttu teolliseksi melanismiksi, koska mutaatio, joka teki hyönteisestä mustan, liittyi samaan aikaan Englannin teolliseen vallankumoukseen. Nokenvärisellä perhosella on paremmat mahdollisuudet selvitä noen saastuttamalla koivulla.
useimmilla melanismista kärsivillä hyönteislajeilla tummuminen näkyy kuitenkin vain tietyissä hyönteisten ruumiinosissa muodostaen epäjatkuvia ja monimutkaisia mustia kuvioita. Harlekiinikertun (”Harmonia axyridis”), joka tunnetaan myös nimellä Aasialainen leppäkerttu. Tämä hyönteinen on polymorfisten melaanikuvioiden mestari, ja sillä on yli 200 värikuviota, joita on kuvattu luonnonpopulaatioissa ympäri maailmaa. Nämä muodot vastaavat oleellisesti elytran punaisella pohjalla olevien mustien alueiden variaatioita, takapuolia peittäviä karkaistuja etureunoja.
väriainegeeni tunnisti
geneettiset mekanismit, joilla nämä melaaniset kuviot syntyvät ja säilyvät leppäkerttupopulaatioissa, ovat suurelta osin tuntemattomia. 1950-luvulta lähtien on tiedetty, että eri värimuodot johtuvat perimän yhdellä alueella sijaitsevista geneettisistä muunnoksista, joita ei ollut aiemmin luonnehdittu. Tutkimusryhmämme yhdistävät voimansa ja kokoavat asiantuntemuksensa väestögenomiikasta ja kehitysbiologiasta tämän ongelman ratkaisemiseksi. Ja ponnistelumme tuottivat tulosta:olemme tunnistaneet harlekiinikertun eri värikuvioiden perimän. Erityisesti olemme tunnistaneet geenin, joka koodaa kaikki tarvittavat ohjeet harlekiinikertun keulaa koristavien eri kuvioiden piirtämiseen. Tulokset julkaistiin elokuussa 2018 Current Biology-lehdessä.
ensin sekvensoitiin harlekiinikertun koko perimä. Sitten värivaihteluun liittyvän genomin alueen tunnistamiseksi vertailimme useiden eri värimuodoissa olevien harlekiinikertun genomisekvenssejä, jotka ovat peräisin useista luonnonpopulaatioista eri puolilta maailmaa. Tämä analyysi viittasi tiettyyn genomin alueeseen, johon kuului kaksi vierekkäistä geeniä. Näiden kahden kandidaattigeenin perättäinen inaktivoituminen osoitti pannier-geenin olevan se, joka on vastuussa mustien kuvioiden muodostumisesta elytrassa.
geeni pannier löydettiin ensimmäisen kerran hedelmäkärpäsestä 1980-luvulla. yleensä geenien nimet viittaavat, usein huumorin häivähdyksellä, tämän geenin mutatoituessa näkyviin fyysisiin epämuodostumiin. Geeni pannier, se on muoto mutantti alkion samanlainen kuin pannier, joka inspiroi nimensä geneetikot, jotka löysivät sen. Yllättävää kyllä, yhdessäkään muussa hyönteisessä geeni pannier ei näyttänyt olevan yhteydessä värikuvioiden tuottamiseen. Myöhemmin paljastamalla tämän geenin tuottaman proteiinin sijainnin olemme osoittaneet, että pannier aktivoituu (tai ilmenee) elytran muodostumisen aikana.
tarkemmin, geeni pannier on aktiivinen elytra-solujen eri populaatioissa, jotka esikuvasivat tarkasti, missä musta pigmentti esiintyy aikuisilla. Pannier aktivoi sitten muita geenejä, jotka yhdessä varmistavat näiden solujen tuottaman mustan pigmentin ja siten mustien täplien (”punaisissa” leppäkertuissa) tai mustan taustan (”mustissa” leppäkertuissa) muodostumisen. Geeni pannierin ilmentymistä ohjaavat itse geenin ympärillä sijaitsevat säätelevät DNA-sekvenssit. Juuri nämä molekyylikoostumukseltaan hyvin erilaiset sekvenssit määrittelevät eri värimuotoihin liittyvän geenin pannierin variantteja. Näiden muunnosten esiintymistiheydet vaihtelevat populaatioiden välillä, mikä luo hyvin värikkäitä koostumuksia harlekiinikertun luonnollisiin populaatioihin kaikkialla maailmassa.
yhteenvetona voidaan todeta, että harlekiinikertun erilaiset värikuviot löytävät geneettisen alkuperänsä yhden geenin spatiaalisen aktivaation variaatioissa, jotka organisoivat elytran eri melanisaatiomallien syntyä. Yleisesti ottaen nämä tulokset havainnollistavat, miten yhden geenin (genotyypin) vaihtelut voivat joissakin tapauksissa tuottaa vaikuttavan moninaisuuden fenotyypeissä.
värien ulkopuolella
on jo pitkään epäilty, että leppäkertun väritys ja siten geenin pannier-muunnokset vaikuttavat muihin tämän hyönteisen selviytymiseen ja lisääntymiseen liittyviin piirteisiin. Näin ollen eri värimuotojen jakautuminen populaatioissa voisi heijastaa mukautuvaa reagointia paikallisiin rajoitteisiin (esimerkiksi ilmastollisiin rajoitteisiin). Tässä yhteydessä voidaan esittää mielenkiintoinen huomautus, jossa väri yhdistetään harlekiinikertun vieraslajiin, sillä se asutti äskettäin neljä maanosaa (Pohjois-Amerikka, Etelä-Amerikka, Eurooppa ja Afrikka).
yllättäen H. axyridiksen värimuotojen kirjo on rajoitettua vallatuilla mantereilla. Useimmilla asutetuilla alueilla (paitsi Euroopassa) esiintyy vain ei-melaanista muotoa (punainen elytra, jossa on noin 20 mustaa täplää). Toistaiseksi ei ole pystytty määrittämään, johtuuko yhden värimuodon näennäinen kiinnittyminen valloitetulla alueella historiallisista tai demografisista sattumanvaraisuuksista (yksinkertaiset satunnaisvaikutukset) vai luonnonvalintaprosessista, joka suosii ei-melaanista muotoa invaasion aikana. Tutkimustuloksemme värivaihteluista vastuussa olevista genomin alueista voivat antaa meille mahdollisuuden päättää näiden kahden hypoteesin välillä.