При Lepidopterans (пеперуди и молци) се наблюдава голямо разнообразие от цветови модели на крилата, като много видове имат черно-бели или тъмно-светли варианти, свързани с наличието или липсата на меланин. Много от тези варианти на оцветяване на крилата са учебни примери за естествен подбор и еволюция. Най-популярните примери включват бързото нарастване на честотата на мелановата форма на британския пиперлив молец Biston betularia, предизвикано от по-замърсената и по-тъмна околна среда, причинена от изгарянето на въглероден диоксид и индустриализацията в края на XIX в. в Обединеното кралство.

Въпреки често добре разбраните екологични фактори, които благоприятстват наличието или отсъствието на меланин в крилата на тези лепидоптери, генетичната и развойната основа на промените в оцветяването остава неясна.

Как пеперудите и молците оцветяват крилата си в черно или бяло?

През последните две десетилетия учените откриха, че по-голямата част от вариантите на меланхоличния цвят на крилата се контролират от една геномна област около кодиращия протеин ген „cortex“. Тогава се предположи, че кортексът е превключвателят на меланхоличния цвят. Екип от международни изследователи от Сингапур, Япония и Съединените американски щати, ръководен от професор Антония Монтейро и д-р Шен Тиан от Катедрата по биологични науки в Националния университет на Сингапур (NUS), откри, че кортексът не влияе на меланхолното оцветяване. Вместо това една пренебрегвана досега микроРНК (miRNA) е действителният „превключвател“ на цвета.

Откритията са публикувани в списание Science на 5 декември 2024 г.

Д-р Тиан, водещ автор на този научен труд, казва: „Множество доказателства от предишни проучвания поставят под съмнение дали кортексът наистина е бил превключвателят на меланхоличния цвят, което ме вдъхнови да проверя функцията на някои други геномни характеристики в този геномен регион - миРНК.“ Той провежда тази изследователска работа като докторант/постдокторант в лабораторията на професор Монтейро в NUS, а сега е постдокторант в университета Дюк, САЩ.

„МиРНК са малки РНК молекули, които не кодират протеини като повечето гени, но въпреки това играят съществена роля в генното регулиране, като потискат експресията на целевите гени“, добавя д-р Тиан.

В това проучване д-р Тиан и колегите му откриват миРНК, разположена в непосредствена близост до кортекса - mir-193. Екипът прекъсва mir-193 с помощта на инструмента за редактиране на гени CRISPR-Cas9 в три дълбоко различаващи се линии пеперуди. Пълното прекъсване на mir-193 елиминира черните и тъмните цветове на крилата при африканската примижаваща кафява пеперуда Bicyclus anynana, индийската бяла пеперуда Pieris canidia и обикновената пеперуда Papilio polytes. Същевременно прекъсването на кортекса и три други кодиращи протеина гени от същия геномен регион при B. anynana не оказва влияние върху цветовете на крилата. Това показва, че mir-193, а не cortex или друг близък ген, е ключовият регулатор на меланхоличния цвят при тези Lepidoptera.

Екипът потвърди още, че mir-193 се преработва от дълга некодираща белтъци РНК - слонова кост, и функционира чрез пряко потискане на множество гени за пигментация. Тъй като последователността на mir-193 е дълбоко запазена не само при Lepidoptera, но и в цялото животинско царство, екипът тества ролята на mir-193 и при мушиците Drosophila. Изненадващо е установено, че mir-193 също контролира мелановото оцветяване при тези мухи, което предполага дълбоко запазена роля на mir-193 извън Lepidoptera.

Професор Монтейро заяви: „Докато предишни изследвания се фокусираха изключително върху ролята на кортекса в генерирането на меланхолични цветови вариации, тази работа внася обрат в тази отдавнашна хипотеза и показва, че малка, некодираща белтъци РНК е превключвателят, който, като се експресира или не, води до разнообразните меланхолични цветови вариации на крилата в природата.“

„Това проучване показва, че слабо анотираните некодиращи белтъци РНК, като например miRNA, никога не трябва да бъдат пренебрегвани при проучвания на асоциациите генотип-фенотип, които в противен случай биха довели до подвеждащи заключения“, допълва проф.

Д-р Тиан казва: „Ролята на некодиращите РНК във фенотипната диверсификация е до голяма степен недостатъчно проучена. Това изследване подтиква към по-нататъшни проучвания за това как некодиращите РНК, като например миРНК, могат да допринесат за фенотипната диверсификация в организмите.“

Източник: EurekAlert