Ученые использовали CRISPR для изменения цвета крыльев бабочек и структуры их чешуек

Пигменты и тонкая структура чешуек крыльев бабочек совместно создают мозаику цветов и узоров, помогающую насекомым маскироваться или привлекать партнеров. 3 июля в журнале Cell Reports ученые показали, как всего несколько генов пигментации могут изменить как цвет, так и морфологию чешуек крыльев. Исследователи использовали CRISPR/Cas9 для изменения цвета крыльев африканской бабочки Bicyclus anynana и обнаружили, что это привело к изменениям в структуре поверхности, жесткости и цвете чешуек. Результаты демонстрируют двойную роль генов пигментации в формировании чешуек крыльев.

"Наше исследование показывает, что цвет и структура чешуек крыльев тесно связаны, поскольку молекулы пигмента также влияют на структуру чешуек", — говорит старший автор Антония Монтейру, биолог из Национального университета Сингапура и Йель-НУС колледжа.

Постдок Юджи Мацуока с помощью CRISPR/Cas9 искусственно отключил пять пигментных генов B. anynana, чтобы лучше понять вклад каждого в цвет крыльев. Неожиданно мутации также изменили детали структуры чешуек:

• Когда мутация предотвращала выработку пигмента допа-меланина, на верхней поверхности чешуйки формировался дополнительный горизонтальный слой хитина (волокнистого компонента экзоскелета).
• Когда другая мутация блокировала пигмент допамин-меланин, появлялись вертикальные пластинки хитина.

"Некоторые бабочки могут иметь яркие оттенки просто благодаря тонким пленкам хитина на чешуйках, которые интерферируют с падающим светом, создавая так называемые структурные цвета, без выработки соответствующих пигментов", — объясняет Монтейру.

Цвета и узоры крыльев критически важны для маскировки от хищников и привлечения партнеров. Если бы подобные мутации возникли в природе, они могли бы поставить под угрозу выживание и размножение насекомых.

"Цвет бабочек всегда описывался как пигментный или структурный, но наша работа определяет первые гены-кандидаты, которые могут ограничивать эволюцию обоих этих способов генерации цвета", — говорит Монтейру.

Мацуока добавляет, что морфология чешуек крыльев сильно различается, и продукты меланина — лишь одна из множества молекул, вероятно, играющих роль в этом процессе.

"Если мы поймем генетику развития цвета, биотехнологические компании будущего смогут создавать яркие, блестящие цвета с помощью биоинженерии на основе чешуек бабочек, вместо того чтобы нанопроизводить их из металлов, что сейчас чрезвычайно сложно", — говорит Монтейру. — "Такие цвета на основе хитина были бы долговечными, биоразлагаемыми и экологически чистыми".