Механизм формирования цветовых узоров у божьих коровок

Многие божьи коровки имеют привлекательные цветовые узоры из чёрного и красного. Считается, что эта яркая окраска служит предупреждающим сигналом для хищников о горьком и неприятном вкусе насекомого. Исследовательская группа под руководством профессора Теруюки Ниими из Национального института фундаментальной биологии в Японии сосредоточилась на разноцветной азиатской божьей коровке Harmonia axyridis (также известной как арлекин), которая обитает в основном в Сибири и Восточной Азии и демонстрирует более 200 цветовых вариаций внутри вида. Команда идентифицировала один ген, регулирующий такое высокое разнообразие узоров.

Генетический и геномный анализ H. axyridis выявил этот ген — pannier. Ген pannier экспрессировался в чёрных пигментированных областях, где красный пигмент не откладывался. Функциональное ингибирование гена pannier во время развития куколки привело к исчезновению чёрных узоров и образованию эктопических красных узоров на надкрыльях. Таким образом, ген pannier обладает двойной функцией: способствует чёрной пигментации и подавляет красную пигментацию в надкрыльях. Аналогичный результат был получен и у семиточечной коровки (Coccinella septempunctata), обитающей по всему миру.

Профессор Ниими заявил: "Разноцветная азиатская божья коровка (Harmonia axyridis) демонстрирует необычайную внутривидовую изменчивость в цветовых узорах крыльев (>200 описанных форм) и казалась лучшей моделью для выяснения на молекулярном уровне того, как насекомые генерировали разнообразные признаки в ходе эволюции".

В геномном анализе божьих коровок учёные обнаружили, что последовательности ДНК гена pannier у разноцветной азиатской божьей коровки были больше, чем у других насекомых с полным превращением, включая семиточечную коровку, имеющую единственный цветовой узор. Сравнение геномных последовательностей среди H. axyridis с разными узорами показало, что различия в окраске связаны с различиями в последовательности ДНК первого интрона гена pannier. Кроме того, они обнаружили следы повторяющихся хромосомных инверсий внутри этого интрона.

Доцент Тошия Андо, проводивший геномный анализ, отметил: "До сих пор не сообщалось, что морфологическое разнообразие внутри вида было связано с повторными инверсиями внутри одного гена развития. Наши результаты пролили свет на внутригенные хромосомные инверсии как движущую силу морфологической эволюции организмов".