PNAS: биологи выяснили, что самцы и самки бабочек видят мир неодинаково

Когда бабочки порхают среди цветов, не все они видят цветки одинаково. В результате явления, называемого половым диморфизмом, самки некоторых видов бабочек воспринимают ультрафиолетовый цвет, в то время как самцы видят светлое и темное.

Биологи Калифорнийского университета в Ирвайне обнаружили, что по крайней мере у одного вида бабочек эти различия являются результатом перехода гена зрения на половую хромосому. Это первая известная находка, свидетельствующая о том, что подобное генетическое изменение вызывает половой диморфизм зрения.

Исследование опубликовано в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

Команда UCI установила это, исследуя бабочек рода Heliconius. Некоторые виды этого рода видят в ультрафиолетовом диапазоне, который шире, чем видимый спектр света, воспринимаемый человеком. Способность этих бабочек видеть объясняется веществом, вырабатываемым геном опсина. У видов Heliconius, имеющих половой диморфизм, восприятие ультрафиолетового цвета наблюдается только у самок.

В поисках генетического механизма, лежащего в основе этого различия, биологи UCI выбрали в качестве объекта исследования Heliconius charithonia, у которой зрительные способности диморфны по половому признаку. Когда они закончили сборку первого полного генома этого вида, то узнали, что его W — или женская — хромосома содержит ген опсина.

Это первый известный случай, когда диморфное цветовое зрение у животных обусловлено перемещением одного гена на половую хромосому, — сказал первый автор исследования Махул Чакраборти, ассистент научного сотрудника по экологии и эволюционной биологии.

Помимо научной значимости открытия, оно подчеркивает сложности автоматизированного генетического секвенирования и важнейшую роль валидации.

Большую часть работы над проектом он выполнил, будучи постдокторантом в лабораториях соавторов Адрианы Бриско и Дж.Дж. Эмерсона, преподавателей кафедры экологии и эволюционной биологии.

Ранее собранные геномы Heliconius charithonia были фрагментарны. Ни один из них не включал W-хромосому, высокоповторяющийся код которой может стать камнем преткновения для автоматического секвенирования. Исследователи UCI начали свое исследование с автоматического секвенирования генома вида, но это не позволило обнаружить все ожидаемые копии гена опсина. Не успокоившись, они стали изучать кодировку вручную.

Я просмотрела каждый фрагмент секвенирования, — сказала Анжелика Лара, которая на момент начала работы в исследовательской группе была студенткой факультета экологии и эволюционной биологии.

После получения диплома Лара продолжила участие в проекте в качестве постбакалаврского исследователя.

После всех этих исследований я так и не смогла найти опсин. Тогда я поняла, что часть кода для W-хромосомы не была хорошо отформатирована, и я решила, что опсин должен находиться именно там, — сказала она.

Усилия Лары подтолкнули Чакраборти к более тщательному изучению этого участка. Оказалось, что при автоматическом секвенировании этот участок кодирования хромосомы был исключен, вероятно, из-за его повторяемости. Восстановление этого участка позволило обнаружить ген опсина, и команда подтвердила эту находку дополнительными тестами.

Без этой ручной аннотации и исследования мы бы сделали неверные и ошибочные предположения, — сказал Бриско, профессор экологии и эволюционной биологии.

Теперь, когда мы сделали это открытие, мы можем гораздо глубже изучить механику диморфизма и понять его назначение.

Ученые полагают, что разница в зрении может быть причиной того, что самки и самцы некоторых видов бабочек питаются разными видами цветов. Пока известно, что единственными существами, обладающими зрительным половым диморфизмом, являются некоторые виды приматов.

13.08.2023