Et komplekst billede af mimicry er bestemt af et enkelt gen • Elena Naimark • Videnskabsnyheder om "Elements" • Genetik, Entomologi

Et komplekst billede af mimicry bestemmes af et enkelt gen.

Fig. 1. Giftig cyrcason sejlbåd – en rollemodel for sommerfugle Papilio polytessom efterligner begge varianter af denne art. Foto fra www.danaida.ru

Sejlbåd sommerfugle er kendt for deres mange forskellige imitative farver. Mandler af sejlskibe har en personlig farve, en af ​​formerne for kvinder er også malet; men mønstrene af vingene i de tre andre former for kvinder efterligner udseendet af adskillige ikke-relaterede giftige sommerfugle. Alt dette udvalg af alternativer leveres af et enkelt gen, en højniveau regulator. Dette gen er forskelligt dannet hos mænd og kvinder; Desuden er former med imitativ farvning karakteriseret ved modificerede varianter af dette gen. Dette er et eksempel på et meget komplekst træk, der styres af et enkelt gen.

Sommerfugle sejler Papilio polytes i midten af ​​det XVIII århundrede beskrev Karl Linney, hvilket gav dem det specifikke navn polyteshvilket betyder "multiform". Fugle af denne art er faktisk opdelt i fire former, hvor vingerne er malet forskelligt. Det er overraskende, at mangfoldigheden af ​​outfits er ejendommelig kun for kvinder, mændene har polytes alt det samme. Desuden udgør kvinder ikke bare sig selv foran mændene: mønsteret af deres vinger efterligner farven på nogle giftige sommerfugle. To af disse former (polytes og Theseus) minder om en sejlbåds-version (Pachliopta aristolochiaeFig. 1), og den tredje (Romulus) – sejlskib Hector (Pachliopta hector). Dette er et typisk tilfælde af den såkaldte Bates mimicry, når de spiselige arter emulerer den uspiselige (figur 2). Bates efterligning er et meget almindeligt fænomen, og blandt dets brugere er der dem, der har kvinder og mænd, efterligner forskellige uspiselige modeller; der er endda dem, hvor personer i forskellige aldre efterligner deres prototype (se: Hestespidere tjente som model for undersøgelse af mimicry, Elements, 24 januar 2007). Så i denne forstand er sejlbåde ingen undtagelse.

Fig. 2. Former for kvinder Papilio polytes (til venstre) og deres rollemodeller (til højre). Figur fra den diskuterede artikel i natur

Sejlbåde tiltrækker forskeres opmærksomhed, snarere ved at et sådant komplekst træk som en efterlignerfarve arvet klart i Mendelsk splitting, som om det var et enkelt gen, der kontrollerede dette træk. Med andre ord, ved at krydse forskellige former for hunner til hanner (uniform, som vi husker) opnås ved kendt kvantitativ spaltning klar dominanshierarki. Mellemliggende former de ikke eksisterer. I forsøg på krydsning observeres nogle gange rekombinante former, derfor handler det stadig ikke om et enkelt gen, men om et locus, der er arvet som helhed.Sådanne loci hedder supergener (se Supergene), og de er på en eller anden måde beskyttet mod rekombination.

Et team af specialister fra National Center for Biologisk Forskning (Bangalore, Indien), University of Chicago, Boston og Cornell beskæftiger sig med at dechifrere den genetiske mekanisme, der bestemmer mimicry i sejlbåde. Hvordan kan dette mystiske supergen kun arbejde på ét køn og samtidig give kvinden en personlig version af et camouflage kostume? Hvordan kan et gen være så mangefacet?

Det er kendt, at denne supergen ligger på autosom, og ikke på kønkromosomet. Det betyder, at en simpel løsning – som om et tegn knyttet til købet er foran os – ikke er bestået i dette tilfælde. Nå, jeg var nødt til at tage op på det lange og multi-niveau arbejde for at isolere mimicry supergenet, læse det og bestemme ekspressionsniveauet af dets elementer.

Locuset søgte, som det viste sig, at passe i et 300.000 baseparsegment og inkluderede 5 gener. Et af disse gener viste sig at være særligt interessant – det er genet doublesex (DSX). Dette gen tilhører de højere ordensregulatorer – det koder for en transkriptionsfaktor, der styrer de kønsspecifikke kendetegn.Det har flere varianter, der er dannet ved alternativ splejsning, en proces, når forskellige RNA-skabeloner opnås fra det samme gen på grund af alternative kombinationer af exoner og introner. Til hver sin egen mandlige version DSX, kvinder har sit alternativ.

Sommerfugle af sejlskibe, som det viste sig, har flere varianter af Dsx-proteinet; en til mænd og tre for kvinder. I kvindernes vinger er der dog kun to varianter udtrykt, men begge er meget flere i efterligne former. Fordelingen af ​​Dsx-protein (af begge dets varianter) over vingen af ​​en fem-dages pige faldt sammen med efterligningsmønsteret på vingen af ​​en voksen sommerfugl (figur 3). Dette bekræfter den afgørende rolle i dette særlige gen i den sofistikerede farve af sommerfugle.

Fig. 3. Genekspression DSX i efterligne kvinder polytes (MM) og almindelige kvinder cyrus (mm) på forskellige udviklingsstadier af puppen. Figur fra den diskuterede artikel i natur

Og igen, desværre en simpel forklaring på imitativ mangfoldighed, når hver af de efterligne farver har sin egen version DSX, var det nødvendigt at afvise – i alle variationer af imitative farver var alle varianter lige til stede DSX.

For at finde en løsning på mangfoldigheden af ​​mimicry henvendte forskerne sig til polymorfier i selve genet. DSX. Og her er det i dette gen, og det er i de efterligne former, at et helt kalejdoskop af nukleotidsubstitutioner er åbnet. Der var betydeligt flere af dem end i sekvenserne omkring genet DSX, og signifikant mere end i samme gen i almindelige, ikke-imiterende former. I de efterligne former blev andelen af ​​ikke-synonyme substitutioner forøget (deres relative antal var 7 gange mere end de synonyme), hvilket førte til en ændring i proteinets rumlige form. I non-mimic individer var Dsx proteinet omtrent det samme som for andre insekter, og i efterligne individer tog det en specifik konfiguration. Det vides ikke, hvilken af ​​de ikke-synonyme substitutioner der fører til dannelsen af ​​variationer i efterligning – for mange sådanne polymorfier. Men det er klart, at sagen er i dem.

Ikke alene er genet DSX der var et forøget antal polymorfier, disse polymorfier "klæber sammen", bryder ikke ind i fragmenter ved rekombination. Denne integritet opnås gennem inversion: den inverterede sektion indeholder genet DSX (Figur 4). Inversion forhindrer under alle omstændigheder rekombination, og i dette tilfælde bevares de polymorfier, der er nødvendige for efterligning intakt og intakt.

Fig. 4. Omvendt område af kromosomet indeholdende genet DSX i en efterligning form polytes og almindelig cyrus. Ordning af artiklen under drøftelse i natur

Disse resultater giver os mulighed for at forestille os, hvordan dette varierede billede af efterligning i sejlbåde viser sig. Det eneste gen løber showet. DSX, højniveau regulator. Forresten, lad mig minde om, at andre tilfælde af efterligning også bestemmes af en enkelt genregulator (se: Fandt genet ansvarlig for udviklingen af ​​farvning i sommerfugle, "Elements", 08/31/2011). gen DSX deltager i bestemmelsen af ​​seksuelle karakteristika i insekter, herunder sommerfugleflåder. Udformningen af ​​imitativ farvning adskilt fra kvinder tilføjet naturligt til denne funktion. Da det indbefatter udseendet af en bestemt imitativ farve kun ét gen, så er arven af ​​dette træk simpel, Mendelisk. Men derudover har dette gen flere varianter med dets polymorfier. Deres integritet er tilvejebragt ved inversion, som forhindrer rekombination, knuser de nødvendige ændringer i separate stykker.

Sådan styres et komplekst arrangeret træk, forskelligt implementeret inden for en art, af et enkelt gen.

Kilde: K. Kunte, W. Zhang, A. Tenger-Trolander, D. H. Palmer, A. Martin, R. D. Reed, S. P. Mullen & M. R. Kronforst. doublesex er en mimicry supergen // natur. 2014. Udgivet online 05 marts 2014. Doi: 10.1038 / nature13112.

Elena Naimark


Like this post? Please share to your friends:
Skriv et svar

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: