mi a különbség a fekete katicabogarak piros foltok és vörös katicabogarak fekete foltok? A gyerekek – mint a felnőttek-egyszer feltették maguknak ezt a kérdést. Ahogy a tudósok is. Az 1920-as évek óta egyre több munka folyik a különböző színű minták közös jelenlétéről a rovarokban ugyanazon fajon belül. Az evolúciós biológia vezető szereplői, mint például Theodosius Dobzhansky genetikus vagy Michael Majerus ökológus, érdeklődtek benne.

a fekete pigmentációs polimorfizmus egyik leghíresebb esetét a 19. században írták le egy pillangóban, a borsos lepkében, sötétített egész testtel. Ipari melanizmusnak nevezték, mert a rovarfeketét okozó mutáció együtt járt az angliai ipari forradalommal. A koromszínű pillangónak nagyobb esélye van arra, hogy túlélje a koromszennyezett nyírfát.

a melanizmus által érintett legtöbb rovarfajban azonban a sötétedés csak a rovar test bizonyos részein jelenik meg, amelyek folytonos és összetett fekete mintákat képeznek. Ez a helyzet a harlequin katicabogár, a Harmonia axyridis, más néven az ázsiai katicabogár esetében. Ez a rovar a polimorf melánminták bajnoka, több mint 200 színmintás formával, amelyeket a világ természetes populációiban írnak le. Ezek az alakzatok lényegében megfelelnek az elytra vörös háttérén lévő fekete területek változásainak, a hátsó szárnyakat lefedő edzett elülső részeknek.

A színező gén azonosított

azok a genetikai mechanizmusok, amelyekkel ezek a melanikus minták létrejönnek és fennmaradnak a katicabogár populációkban, nagyrészt ismeretlenek maradnak. Az 1950-es évek óta ismert, hogy a különböző színformák a genom egyetlen régiójában található genetikai variációkból származnak, amelyeket korábban nem jellemeztek. Kutatócsoportjaink összefognak, összefogva a populációs genomika és a fejlesztési biológia terén szerzett szakértelmüket, hogy megoldják ezt a problémát. Erőfeszítéseink megtérültek: azonosítottuk a harlequin katicabogarak különböző színezési mintáinak genomikus eredetét. Különösen azonosítottuk azt a gént, amely minden olyan utasítást kódol, amely a harlequin katicabogarak elülső részét díszítő különböző motívumok rajzolásához szükséges. Ezeket az eredményeket 2018 augusztusában tették közzé a Current Biology folyóiratban.

először szekvenáltuk a harlequin katicabogár teljes genomját. Ezután a genom színváltozáshoz kapcsolódó régiójának azonosításához összehasonlítottuk a világ számos természetes populációjából származó különböző színű harlequin katicabogarak genomszekvenciáit. Ez az elemzés rámutatott a genom egy meghatározott régiójára, amely két szomszédos gént tartalmazott. E két jelölt gén egymást követő inaktiválása azonosította a pannier gént, mint az elytra fekete mintáinak kialakulásáért felelős gént.

a pannier gént először a gyümölcslégyben fedezték fel az 1980-as években. általában a gének nevei gyakran humorral utalnak a gén mutálásakor látható fizikai rendellenességekre. A pannier gén esetében a pannierhez hasonló mutáns embrió alakja ihlette a nevét a genetikusoknak, akik felfedezték. Meglepő módon egyetlen más rovarban sem tűnt úgy, hogy a pannier gén kapcsolódik a színminták előállításához. Ezt követően az e gén által termelt fehérje helyének feltárásával kimutatták, hogy a pannier aktiválódik (vagy expresszálódik) az elytra kialakulása során.

pontosabban, a pannier gén aktív az elytra sejtek különböző populációiban, amelyek pontosan ott jelennek meg, ahol a fekete pigmentáció felnőtteknél megjelenik. Pannier ezután aktivál más géneket, amelyek együttesen biztosítják a fekete pigment termelését ezekkel a sejtekkel, így a fekete foltok (“vörös” katicabogarak) vagy a fekete háttér (“fekete” katicabogarak) kialakulását. A pannier gén expresszióját maga a gén körül elhelyezkedő szabályozó DNS-szekvenciák szabályozzák. Ezek a molekuláris összetételükben nagyon eltérő szekvenciák határozzák meg a különböző színformákhoz társuló pannier gén variánsait. Ezeknek a változatoknak a gyakorisága a populációk között ingadozik, nagyon színes kompozíciókat hozva létre a harlequin katicabogár természetes populációiban az egész világon.

összefoglalva, a harlequin katicabogár különböző színmintái genetikai eredetüket egy olyan gén térbeli aktiválásának variációiban találják meg, amely az elytra különböző melanizációs mintáinak létrehozását szervezi. Általánosságban elmondható, hogy ezek az eredmények azt mutatják, hogy az egyetlen gén (genotípusok) variációi bizonyos esetekben a fenotípusok lenyűgöző sokféleségét eredményezhetik.

A

színeken túl már régóta gyanítható, hogy a katicabogár színezése, és így a pannier gén variációi befolyásolják a rovar túlélésében és szaporodásában részt vevő egyéb tulajdonságokat. Így a különböző színezési formák eloszlása a populációkon belül tükrözheti a helyi korlátokra (például éghajlati korlátokra) adott adaptív választ. Ebben az összefüggésben érdekes megjegyzést lehet tenni, amely összekapcsolja a színt a harlequin katicabogár invazív jellegével, amely Ázsiában őshonos területéről nemrégiben gyarmatosította a négy kontinenst (Észak-Amerika, Dél-Amerika, Európa és Afrika).

meglepő módon a H. axyridis színformáinak sokfélesége korlátozott a megszállott kontinenseken. A legtöbb gyarmatosított területen (kivéve Európában) csak a nem melanikus forma (vörös elytra, körülbelül 20 fekete folttal) van jelen. A mai napig nem lehetett megállapítani, hogy az Egyszínű forma kvázi rögzítése a betolakodási területen történelmi vagy demográfiai események (egyszerű véletlenszerű hatások), vagy egy természetes szelekciós folyamat, amely kedvez a nem melanikus formának az invázió során. A genom színváltozásokért felelős régióival kapcsolatos megállapításaink lehetővé teszik számunkra, hogy e két hipotézis között döntsünk.