Бабочек с дневным и ночным образом жизни отличает друг от друга ген disco

Если особи, обитающие на одной территории, активны в разное время суток, это создает условия для дивергенции — разделения одного вида на два. Однако о молекулярных основах эволюционной перестройки циркадных (суточных) ритмов известно мало. Популярные модели для их изучения — бабочки из семейства Saturniidae (сатурнии, или павлиноглазки). Активность в течение суток может сильно отличаться даже у близкородственных видов семейства, их эволюционная история хорошо известна, а по изученности генов циркадных ритмов они уступают только дрозофиле.

Ученые из США и Великобритании выбрали для исследования два близкородственных вида этого семейства, обитающих в Северной Америке, — Anisota pellucida и Dryocampa rubicunda. Их ареалы и среды обитания пересекаются, но A. pellucida ведут дневной образ жизни, а D. rubicunda – ночной. При этом известно, что эти виды разошлись относительно недавно — около 3,8 млн лет назад. Ученые проанализировали транскриптомы тканей глаз и мозга выведенных в лаборатории самцов двух видов. Насекомым отделяли головы в полдень и полночь, головы замораживали, гомогенизировали, выделяли РНК и сравнили экспрессию генов.

Исследователи выявили сотни генов, дневная и ночная активность которых различалась у каждого из двух видов.

У дневной A. pellucida днем увеличилась экспрессия генов, связанных со зрением, в частности, с развитием глаз, функцией фоторецепторов и гомеостазом сетчатки, фотопериодизмом. У ночных D. rubicunda ночью активировались гены обонятельных структур, необходимых для связывания пахучих веществ, ответа на сигнальные вещества феромоны и развития усиков. Примечательно, что гены, вовлеченные в цветовое зрение, не демонстрировали дифференциальной экспрессии.

Ученые отметили, что активация генов, обеспечивающих пластичность мозга бабочек, могла сопровождать формирование новых нейронных связей в ходе адаптации сенсорных систем к образу жизни. Вместе с тем, у каждого из двух видов в течение суток изменялась активность генов, связанных с движением и циркадными ритмами насекомых.

Как у A. pellucida и, так и у D. rubicunda, различалась дневная и ночная экспрессия гена к disconnected, или disco. У дрозофилы он необходим для формирования оптической доли мозга, мутации в нем участвуют в нарушении циркадных ритмов. По мнению авторов, disco — наиболее вероятный ключевой регулятор ночной или дневной активности бабочки среди всех генов, контролирующих циркадные ритмы и развитие сенсорных систем.

Ген кодировал транскрипционный фактор, который у павлиноглазок содержит на 500 аминокислот больше, чем у Drosophila melanogaster. Эта область содержала как минимум два домена типа «цинковых пальцев», которые были окружены множеством фосфорилированных участков. Кодирующий ее локус в составе disco различался по трем мутациям между A. pellucida и D. rubicunda. Все это предполагает активное участие гена в биологии бабочки. По мнению авторов работы, список идентифицированных ими генов-кандидатов, включая disco, может быть полезен для изучения эволюции в связи со сменой экологических ниш у других видов.

Установлен механизм, контролирующий развитие глазков на крыльях бабочек