Генетические секреты бабочки монарх раскрыты

Учёные, секвенировав геномы монархов со всего мира, получили новые данные о генетике этого вида. Они обнаружили ген, центральный для миграционного поведения, и ген, контролирующий окраску. Исследование также пролило свет на эволюционное происхождение монарха. Результаты опубликованы 1 октября в журнале Nature.

Североамериканское происхождение

Команда секвенировала и сравнила геномы 101 бабочки, включая мигрирующих североамериканских монархов, немигрирующих монархов из разных регионов мира и несколько близкородственных видов.

Анализ показал, что предковая линия монархов произошла от мигрирующей популяции, вероятно, с юга США или из Мексики. Современное глобальное распространение вида — результат трёх отдельных событий расселения: в Центральную и Южную Америку; через Атлантику; и через Тихий океан. Во всех трёх случаях бабочки независимо потеряли миграционное поведение.

Это опровергает долго существовавшую гипотезу о тропическом, немигрирующем происхождении вида. Анализ также показал, что пересечение океанов произошло тысячи лет назад, а не в 1800-х годах, как предполагали исторические записи.

Ген миграции

Сравнивая геномы мигрирующих и трёх немигрирующих популяций, учёные выявили более 500 генов, которые различались. Но особенно выделялась разница в одном гене — коллагене IV α-1, участвующем в формировании и функции летательных мышц.

У мигрирующих монархов уровень экспрессии этого гена был значительно снижен. У них также был ниже уровень потребления кислорода и значительно снижен метаболизм полёта. Это, вероятно, повышает их способность к длительным перелётам по сравнению с немигрирующими бабочками.

«Миграция считается сложным поведением, но каждый раз, когда бабочки теряли миграцию, они менялись одинаково — в этом одном гене, отвечающем за эффективность работы летательных мышц», — сказал старший автор исследования Маркус Кронфорст.

Ген окраски

Исследователи также изучили генетическую основу знаменитой окраски монарха. Небольшой процент бабочек, особенно на Гавайях, имеет бело-чёрные крылья вместо оранжевых. Сравнение геномов выявило, что за это, вероятно, отвечает один ген.

Этот ген кодирует белок семейства миозиновых моторных белков и ранее не был связан с окраской насекомых. Его мутация, вероятно, нарушает транспортировку пигмента к крыльям. Родственный ген у мышей, миозин 5a, аналогичным образом влияет на цвет шерсти.

Миграция под угрозой

Знаменитая массовая миграция монархов через Северную Америку находится под угрозой. В 1996 году на зимовку в Мексику прилетело около миллиарда бабочек. По оценкам за прошлый год, их число составило около 35 миллионов. Вероятная причина — потеря основного растения-хозяина, ваточника, из-за использования гербицидов в сельском хозяйстве. Монархи, которые раньше мигрировали, переходят в немигрирующие популяции вдоль побережья Мексиканского залива.

«Раньше можно было увидеть огромное количество монархов, целые тучи, пролетающие мимо. Теперь вполне возможно, что в не слишком отдалённом будущем этой ежегодной миграции не будет», — сказал Кронфорст.