Tim međunarodnih istraživača otkrio je iznenađujući genetski mehanizam koji utiče na živopisne i složene šare na krilima leptira. U studiji objavljenoj u Proceedings of the National Academi of Sciences, tim, koji je predvodio Luca Livraghi sa Univerziteta Džordž Vašington i Univerziteta u Kembridžu, otkrio je da molekul RNK, a ne protein kako se ranije mislilo, igra ključnu ulogu u određivanju raspodele crnog pigmenta na krilima leptira.
Upravo način na koji leptiri mogu da generišu živopisne šare i boje na svojim krilima fasciniralo je biologe vekovima. Genetski kod sadržan u ćelijama razvijajućih krila leptira diktira specifičan raspored boje na skalama krila – mikroskopske pločice koje formiraju šare krila – slično rasporedu obojenih piksela za formiranje digitalne slike. Razbijanje ovog koda je fundamentalno za razumevanje kako naši sopstveni geni grade našu anatomiju. U laboratoriji, istraživači mogu da manipulišu tim kodom u leptirima pomoću alata za uređivanje gena i posmatraju efekat na vidljive osobine, kao što je boja na krilu.
Naučnici odavno znaju da su geni koji kodiraju proteine ključni za ove procese. Ove vrste gena stvaraju proteine koji mogu diktirati kada i gde određena skala treba da generiše određeni pigment. Kada su u pitanju crni pigmenti, istraživači su mislili da ovaj proces neće biti drugačiji, i u početku su implicirali gen koji kodira protein. Novo istraživanje, međutim, daje drugačiju sliku.
Tim je otkrio gen koji proizvodi molekul RNK – a ne protein – kontroliše gde se stvaraju tamni pigmenti tokom metamorfoze leptira. Koristeći tehniku za uređivanje genoma CRISPR, istraživači su pokazali da kada uklonite gen koji proizvodi molekul RNK, leptiri potpuno gube svoje crne pigmentirane ljuske, pokazujući jasnu vezu između aktivnosti RNK i razvoja tamnog pigmenta.
„Ono što smo otkrili bilo je zapanjujuće“, rekao je Livraghi, postdoktorski naučnik na GV. „Ovaj molekul RNK direktno utiče na to gde se crni pigment pojavljuje na krilima, oblikujući leptirove šare boja na način koji nismo očekivali.“
Istraživači su dalje istraživali kako molekul RNK funkcioniše tokom razvoja krila. Ispitujući njegovu aktivnost, primetili su savršenu korelaciju između mesta gde se RNK izražava i gde se formiraju crne ljuske.
„Bili smo zapanjeni što je ovaj gen uključen tamo gde će se crne ljuske na kraju razviti na krilu, sa izuzetnom preciznošću“, rekao je Arno Martin, vanredni profesor biologije na GV. „To je zaista evoluciona četkica u tom smislu, i kreativna, sudeći po efektima na nekoliko vrsta.“
Istraživači su ispitali novootkrivenu RNK kod nekoliko drugih leptira čija se evoluciona istorija razišla pre oko 80 miliona godina. Otkrili su da je u svakoj od ovih vrsta RNK evoluirala da kontroliše nova mesta u obrascima tamnih pigmenata.
„Dosledan rezultat dobijen od CRISPR mutanata u nekoliko vrsta zaista pokazuje da ovaj RNA gen nije nedavni pronalazak, već ključni mehanizam predaka za kontrolu raznolikosti šara krila“, rekao je Rikardo Papa, profesor biologije na Univerzitetu Portoriko-Rio. Piedras.
„Mi i drugi smo sada posmatrali ovu genetsku osobinu kod mnogih različitih vrsta leptira, i neverovatno smo otkrili da se ova ista RNK koristi iznova i iznova, od dugokrilnih leptira, do monarha i naslikanih leptira“, rekao je Joe Hanli, postdoktor naučnik i gostujući saradnik u GV. „Očigledno je da je to ključni gen za evoluciju šara krila. Pitam se koji drugi, slični fenomeni su možda nedostajali biolozima jer nisu obraćali pažnju na tamnu materiju genoma.“
Nalazi ne samo da osporavaju dugogodišnje pretpostavke o genetskoj regulaciji, već i otvaraju nove puteve za proučavanje kako se vidljive osobine razvijaju kod životinja.
Studija „Duga nekodirajuća RNK na lokusu korteksa kontroliše adaptivnu obojenost kod leptira“, objavljena je 30. avgusta 2024. u Zborniku radova Nacionalne akademije nauka
