Единственный ген защищает бабочек от межвидового скрещивания

Бабочки видов Colias eurytheme и Colias philodice разделились относительно недавно из-за экологической изоляции, но антропогенное вмешательство в последние 200 лет привело к тому, что их ареалы вновь пересеклись. Оба вида теперь обитают на люцерновых полях востока США и юга Канады. Это создает высокий риск межвидового скрещивания. В результате эволюции, направленной на избегание такого скрещивания, самцы лишь одного вида из двух, C. eurytheme, сохранили свечение крыльев в ультрафиолете. Благодаря этому самки различают самцов своего и чужого вида. Бабочки Colias привлекли внимание ученых, так как предоставили редкий шанс пронаблюдать эволюцию в режиме реального времени: виды уже приобрели фенотипические различия, но при этом остаются генетически близкими.

Сравнивая геномы самцов различных популяций Colias, ученые из США и Швеции выяснили, что половая хромосома Z намного более сильно подвержена накоплению мутаций, чем аутосомы. Сиквенсы Z-хромосом Colias eurytheme и Colias philodice сильно различались. По-видимому, именно эта хромосома вносит основной вклад в видообразование (эффект large-Z).

Затем ученые секвенировали геномы 252 самцов бабочек и выявили на Z-хромосоме участок размером 352 Кб, связанный с силой свечения крыльев. Среди 18 генов, входящих в этот участок, есть ген bric a brac (bab). Он кодирует транскрипционный репрессор. Ранее было показано, что у дрозофил bab отвечает за фенотипические признаки самцов.

Свечение в ультрафиолете крыльев Colias обусловлено образованием на их поверхности елкообразных наноструктур, собранных из хитиновых пластинок. Эти структуры отражают ультрафиолет за счет когерентного рассеяния падающего света. Оказалось, что Bab экспрессируется у самцов C. eurytheme лишь в тех клетках, которые не способны светиться в ультрафиолете, что хорошо соотносится с его ролью транскрипционного репрессора.

Чтобы подтвердить роль Bab, авторы получили CRISPR-трансформантов обоих видов бабочек с нокаутом гена bab. Трансформанты, как самцы, так и самки, имели светящиеся в ультрафиолете крылья. Более того, это свечение не ограничивалось верхней стороной крыла, как у самцов C. eurytheme дикого типа, а наблюдалось с обеих сторон крыльев.

Таким образом, C. philodice потеряли способность к свечению крыльев в ультрафиолете лишь на регуляторном уровне, сохранив все гены, которые отвечают за формирование наноструктур. А ученым удалось, образно говоря, обратить время вспять и вернуть им эту способность искусственно.