hva er forskjellen mellom svarte nyanser med røde flekker og røde nyanser med svarte flekker? Barn – som voksne-har en gang spurt seg selv dette spørsmålet. Så gjør forskere. Siden 1920-tallet har det vært en økende mengde arbeid på den vanlige tilstedeværelsen av forskjellige fargede mønstre i insekter innenfor samme art. Ledende figurer i evolusjonsbiologi, som Genetiker Theodosius Dobzhansky eller økolog Michael Majerus, har interessert seg for det.
En av de mest kjente tilfellene av svart pigmenteringspolymorfisme ble beskrevet i det 19. århundre i en sommerfugl, den peppered møllen, med en mørk kropp. Det har blitt kalt industriell melanisme fordi mutasjonen som gjorde insektet svart, var samtidig med den industrielle revolusjonen i England. En sot-farget sommerfugl har en bedre sjanse til å overleve på en sot-forurenset bjørk.
men i de fleste insektarter som er berørt av melanisme, vises mørkere bare på visse deler av insektlegemet, og danner diskontinuerlige og komplekse svarte mønstre. Dette er tilfellet med Harlekin ladybug, Harmonia axyridis, også kjent som Den Asiatiske ladybug. Dette insektet er en mester av polymorfe melaniske mønstre med mer enn 200 fargemønster former beskrevet i naturlige populasjoner rundt om i verden. Disse formene svarer i hovedsak til variasjoner i svarte områder på en rød bakgrunn på elytra, de herdede forvingene som dekker bakvingene.
fargegenet identifisert
de genetiske mekanismer som disse melaniske mønstre er opprettet og opprettholdt i marihøne populasjoner forblir stort sett ukjent. Det har vært kjent siden 1950-tallet at de forskjellige fargeformene skyldes genetiske variasjoner som ligger i en enkelt region av genomet, som ikke tidligere hadde blitt karakterisert. Våre forskerteam går sammen og setter sammen sin kompetanse innen populasjonsgenomikk og utviklingsbiologi for å løse dette problemet. Og vår innsats betalte seg: vi har identifisert den genomiske opprinnelsen til de forskjellige fargemønstrene i harlequin ladybugs. Spesielt har vi identifisert genet som koder for alle instruksjonene som er nødvendige for å tegne de forskjellige motivene som dekorerer forewings av harlequin ladybugs. Disse resultatene ble publisert i August 2018 i tidsskriftet Current Biology.
Først sekvenserte vi det komplette genomet av harlequin ladybug. Så, for å identifisere regionen av genomet forbundet med fargevariasjon, sammenlignet vi genomsekvensene av mange harlekin-nyanser av forskjellige fargeformer som stammer fra flere naturlige populasjoner rundt om i verden. Denne analysen pekte på en bestemt region av genomet, som inkluderte to nabogener. Den suksessive inaktivering av hvert av disse to kandidatgenene identifiserte genpannier som den som var ansvarlig for dannelsen av svarte mønstre på elytra.
gen pannier ble først oppdaget i bananflue på 1980-tallet. generelt refererer navnene på gener, ofte med et snev av humor, til de fysiske misdannelsene som er synlige når dette genet er mutert. For gen pannier er det formen på mutantembryoet som ligner på en pannier som inspirerte navnet til genetikerne som oppdaget det. Overraskende, i ingen andre insekter syntes gen pannier å være knyttet til produksjon av fargemønstre. Deretter, ved å avsløre plasseringen av proteinet produsert av dette genet, har vi vist at pannier aktiveres (eller uttrykkes) under elytra-dannelsen.
mer presist, genet pannier er aktiv i forskjellige populasjoner av elytra celler som prefigure nøyaktig hvor den svarte pigmenteringen vil vises hos voksne. Pannier aktiverer deretter andre gener som kollektivt sikrer produksjon av svart pigment av disse cellene og dermed dannelsen av de svarte flekkene (i «røde» nyanser) eller den svarte bakgrunnen (i «svarte» nyanser). Uttrykket av genpannier styres selv av regulatoriske DNA-sekvenser som ligger rundt genet. Det er disse sekvensene, som er svært forskjellige i deres molekylære sammensetning, som definerer varianter av gen pannier forbundet med de forskjellige fargeformer. Frekvensene av disse variantene varierer blant populasjoner, og skaper svært fargerike komposisjoner innenfor de naturlige populasjonene av harlekin-nyfiken over hele verden.
i sammendraget finner de forskjellige fargemønstrene i harlequin ladybug sin genetiske opprinnelse i variasjoner av den romlige aktiveringen av et enkelt gen som orkestrerer etableringen av forskjellige melanisasjonsmønstre av elytra. Generelt sett illustrerer disse resultatene hvordan variasjoner i et enkelt gen (genotyper) i noen tilfeller kan generere et imponerende mangfold av fenotyper.
Utover fargene
det har lenge vært mistanke om at farging av en marihøne, og dermed variasjoner i genet pannier, påvirker andre egenskaper som er involvert i overlevelse og reproduksjon av dette insektet. Dermed kan fordelingen av de forskjellige fargeformene i populasjoner gjenspeile en adaptiv respons på lokale begrensninger (for eksempel klimatiske begrensninger). I denne sammenheng kan en interessant bemerkning gjøres, som knytter fargen til den invasive karakteren til harlekin-nyfiken, som fra Sitt opprinnelige område I Asia nylig koloniserte de fire kontinenter (Nord-Amerika, Sør-Amerika, Europa og Afrika). Overraskende nok er mangfoldet av fargeformer Av h. axyridis begrenset på invaderte kontinenter. I de fleste koloniserte områder (unntatt I Europa) er det bare den ikke-melanske formen (rød elytra med ca. 20 svarte flekker) som finnes. Hittil har det ikke vært mulig å avgjøre om kvasifikseringen av en enkelt fargeform i det invaderte området skyldes historiske eller demografiske kontingenser( enkle tilfeldige effekter), eller til en naturlig seleksjonsprosess som favoriserer den ikke-melaniske formen under invasjonen. Våre funn på regionene av genomet som er ansvarlige for fargevariasjoner, kan tillate oss å bestemme mellom disse to hypotesene.