Чешуекрылые (бабочки и мотыльки) отличаются огромным разнообразием окраски крыльев, и у многих видов встречаются чёрно-белые или тёмные и яркие варианты цвета крыльев, связанные с наличием или отсутствием меланина. Многие из этих вариантов окраски являются хрестоматийными примерами естественного отбора и эволюции. Среди знаковых примеров – быстрое увеличение частоты встречаемости меланиновой формы британской перечной моли Biston betularia, вызванное сжиганием угля и индустриализацией в конце 1800-х годов в Великобритании, а также миметическая радиация бабочек Heliconius и др.
Несмотря на то, что экологические факторы, влияющие на наличие или отсутствие меланина в крыльях этих чешуекрылых, зачастую хорошо изучены, генетическая и эволюционная основа изменений в окраске остается неясной, сообщается на сайте Национального университета Сингапура.
За последние два десятилетия ученые обнаружили, что большинство вариантов окраса крыльев с меланином контролируется одним участком генома, окружающим белок, кодирующий ген «кортекс». Тогда предполагалось, что именно кортекс является переключателем цвета. Международная группа исследователей обнаружила, что кортекс не влияет на окраску. Вместо нее фактическим переключателем цвета является ранее игнорируемая микроРНК (miRNA). Результаты исследования были опубликованы в журнале Science.
Доктор Тиан, ведущий автор работы, сказал: «Множество доказательств, полученных в ходе предыдущих исследований, заставляют усомниться в том, что кортекс действительно является переключателем цвета, что вдохновило меня на проверку функции некоторых других геномных особенностей в этой геномной области – микроРНК».
«МикроРНК – это небольшие молекулы РНК, которые не кодируют белки, как большинство генов, но при этом играют важную роль в регуляции генов, подавляя экспрессию целевых генов», – добавил д-р Тиан.
В этом исследовании ученые обнаружили микроРНК, расположенную рядом с корой головного мозга, mir-193. Команда нарушила работу mir-193 с помощью инструмента редактирования генов в трех разных линиях бабочек. Полное нарушение mir-193 привело к исчезновению черного и темного цвета крыльев у африканской косоглазой кустарниковой коричневой бабочки Bicyclus anynana, индийской белой капустницы Pieris canidia и обыкновенной бабочки морнон Papilio polytes. В отличие от этого, нарушение работы коры и трех других белок-кодирующих генов из той же геномной области у B. anynana не повлияло на окраску крыльев. Это указывает на то, что mir-193, а не кортекс или любой другой близлежащий ген, является ключевым регулятором темного окраса у этих чешуекрылых.
Далее команда подтвердила, что mir-193 образуется из длинной небелковой кодирующей РНК, ivory, и функционирует, непосредственно подавляя множество генов пигментации. Поскольку последовательность mir-193 глубоко консервативна не только у чешуекрылых, но и во всем животном царстве, команда также проверила роль mir-193 у мушек-дрозофил. Удивительно, но оказалось, что mir-193 также контролирует темную окраску у этих мух, что говорит о глубоко консервативной роли mir-193.
Профессор Монтейро сказал: «В то время как предыдущие исследования фокусировались исключительно на роли кортикальной области в создании темных цветовых вариаций, данная работа вносит изюминку в давнюю гипотезу и демонстрирует, что маленькая небелковая кодирующая РНК является переключателем, который, будучи выраженным или нет, приводит к разнообразным цветовым вариациям крыльев в природе».
«Это исследование показывает, что плохо аннотированные небелковые кодирующие РНК, такие как микроРНК, не должны игнорироваться в исследованиях, что в противном случае может привести к ошибочным выводам», – добавил профессор Монтейро.
Доктор Тиан сказал: «Роль некодирующих РНК в фенотипической диверсификации в значительной степени не изучена. Это исследование побуждает к дальнейшему изучению того, как некодирующие РНК, такие как микроРНК, могут способствовать фенотипическому разнообразию организмов».
