care este diferența dintre gărgărițele negre cu pete roșii și gărgărițele roșii cu pete negre? Copiii – ca și adulții-și-au pus odată această întrebare. La fel și oamenii de știință. Începând cu anii 1920, a existat un număr tot mai mare de lucrări privind prezența comună a modelelor colorate distincte la insectele din cadrul aceleiași specii. Figuri de frunte în biologia evoluționistă, cum ar fi geneticianul Theodosius Dobzhansky sau ecologistul Michael Majerus, s-au interesat de ea.

unul dintre cele mai cunoscute cazuri de polimorfism pigmentar negru a fost descris în secolul al 19-lea într-un fluture, molia piperată, cu un corp întreg întunecat. A fost numit melanism industrial, deoarece mutația care a făcut insecta neagră a fost concomitentă cu Revoluția Industrială din Anglia. Un fluture de culoare funingine are șanse mai mari de a supraviețui pe un mesteacăn poluat cu funingine.cu toate acestea, la majoritatea speciilor de insecte afectate de melanism, întunecarea apare numai pe anumite părți ale corpului insectelor, formând modele negre discontinue și complexe. Acesta este cazul gărgăriței Arlequin, Harmonia axyridis, cunoscută și sub numele de gărgăriță asiatică. Această insectă este un campion al modelelor melanice polimorfe cu mai mult de 200 de forme de model de culoare descrise în populațiile naturale din întreaga lume. Aceste forme corespund în esență variațiilor zonelor negre pe un fundal roșu de pe elytra, aripile anterioare întărite care acoperă aripile din spate.

gena colorantă identificată

mecanismele genetice prin care aceste tipare melanice sunt create și menținute la populațiile de gărgărițe rămân în mare parte necunoscute. Se știe încă din anii 1950 că diferitele forme de culoare rezultă din variațiile genetice situate într-o singură regiune a genomului, care nu fusese caracterizată anterior. Echipele noastre de cercetare își unesc forțele, reunindu-și expertiza în genomica populației și biologia dezvoltării, pentru a aborda această problemă. Și eforturile noastre au dat roade: am identificat originea genomică a diferitelor modele de colorare la buburuzele Arlequin. În special, am identificat gena care codifică toate instrucțiunile necesare pentru a desena diferitele motive care decorează aripile anterioare ale buburuzelor Arlequin. Aceste rezultate au fost publicate în August 2018 în revista Current Biology.în primul rând, am secvențiat genomul complet al gărgăriței Arlequin. Apoi, pentru a identifica Regiunea genomului asociată cu variația culorii, am comparat secvențele genomului multor buburuze Arlequin de diferite forme de culoare originare din mai multe populații naturale din întreaga lume. Această analiză a indicat o regiune specifică a genomului, care a inclus două gene vecine. Inactivarea succesivă a fiecăreia dintre aceste două gene candidate a identificat gena pannier ca fiind cea responsabilă pentru formarea modelelor negre pe elytra.

gena pannier a fost descoperită pentru prima dată în zbura fructelor în anii 1980. în general, numele genelor se referă, adesea cu un indiciu de umor, la malformațiile fizice vizibile atunci când această genă este mutantă. Pentru gena pannier, este forma embrionului mutant similar cu un pannier care i-a inspirat numele geneticienilor care l-au descoperit. În mod surprinzător, în nici o altă insectă, gena pannier nu pare să fie legată de producerea modelelor de culoare. Ulterior, prin dezvăluirea localizării proteinei produse de această genă, am arătat că pannier este activat (sau exprimat) în timpul formării elitrelor.

mai precis, gena pannier este activă în diferite populații de celule elytra care prefigurează exact unde va apărea pigmentarea neagră la adulți. Pannier activează apoi alte gene care asigură în mod colectiv producerea de pigment negru de către aceste celule și astfel formarea petelor negre (în buburuzele „roșii”) sau fundalul negru (în buburuzele „negre”). Expresia genei pannier este ea însăși controlată de secvențe de ADN reglatoare situate în jurul genei. Aceste secvențe, care sunt foarte diferite în compoziția lor moleculară, definesc variante ale genei pannier asociate cu diferitele forme de culoare. Frecvențele acestor variante fluctuează în rândul populațiilor, creând compoziții foarte colorate în cadrul populațiilor naturale ale gărgăriței Arlequin din întreaga lume.

în rezumat, diferitele modele de culoare din gărgărița Arlequin își găsesc originea genetică în variațiile activării spațiale a unei singure gene care orchestrează stabilirea diferitelor modele de melanizare a elitrelor. În general, aceste rezultate ilustrează modul în care variațiile unei singure gene (genotipuri) pot genera, în unele cazuri, o diversitate impresionantă de fenotipuri.

dincolo de culorile

s-a suspectat mult timp că colorarea unei gărgărițe și, prin urmare, variațiile genei pannier, afectează alte trăsături implicate în supraviețuirea și reproducerea acestei insecte. Astfel, distribuția diferitelor forme de colorare în cadrul populațiilor ar putea reflecta un răspuns adaptativ la constrângerile locale (de exemplu, constrângerile climatice). În acest context, se poate face o remarcă interesantă, care leagă culoarea de caracterul invaziv al gărgăriței Arlequin, care din zona sa natală din Asia, a colonizat recent cele patru continente (America de Nord, America de Sud, Europa și Africa). în mod surprinzător, diversitatea formelor de culoare ale lui H. axyridis este limitată pe continentele invadate. În majoritatea zonelor colonizate (cu excepția Europei), este prezentă doar forma non-melanică (elytra roșie cu aproximativ 20 de pete negre). Până în prezent, nu a fost posibil să se stabilească dacă cvasi-fixarea unei singure forme de culoare în zona invadată se datorează contingențelor istorice sau demografice (efecte aleatorii simple) sau unui proces de selecție naturală care favorizează forma non-melanică în timpul invaziei. Descoperirile noastre asupra regiunilor genomului responsabile de variațiile de culoare ne pot permite să decidem între aceste două ipoteze.