Ein kombiniertes Team von Forschern der Cornell University und der George Washington University hat die cis-regulatorische Evolution des Gens WntA in Nymphaliden-Schmetterlingen charakterisiert. In ihrer Studie, veröffentlicht in der Zeitschrift Wissenschaftverwendete die Gruppe eine Vielzahl von Techniken, um besser zu verstehen, wie genregulatorische Prozesse in einer Schmetterlingsart sowohl eine tiefe Homologie als auch eine schnelle Anpassung an Umweltveränderungen ermöglichen können.
Marianne Espeland und Lars Podsiadlowski vom Leibniz-Institut zur Analyse des Wandels der Biodiversität am Museum Koenig haben in derselben Zeitschriftenausgabe einen Perspective-Beitrag veröffentlicht, in dem dargelegt wird, wie genregulatorische Wirkstoffe eine wichtige Rolle bei der Musterbildung von Schmetterlingsflügeln und der Arbeit spielen getan durch das Team in dieser neuen Anstrengung.
Frühere Forschungen haben gezeigt, dass Muster im Aussehen von Lebewesen wie Schmetterlingen und den Strukturen dahinter durch den Einfluss von Transkriptionsfaktoren und cis-regulatorischen Elementen (CREs) entstehen. Aber wie sich solche Faktoren entwickelt haben, ist noch nicht sehr gut verstanden. In diesem neuen Versuch versuchten die Forscher, Einblicke in die Regulierungssysteme zu gewinnen, die den sich schnell entwickelnden Merkmalen zugrunde liegen.
Um mehr über solche Systeme zu erfahren, führten die Forscher eine vergleichende Sequenzanalyse (ATAC-seq) an fünf Schmetterlingsarten durch, wobei sie sich speziell auf 46 CREs und das WntA-Gen konzentrierten. Sie verwendeten auch CRISPR-Knockouts, um mehr über die Rolle zu erfahren, die das WntA-Gen bei der Flügelfarbe spielt. Sie fanden starke Beweise dafür, dass regulatorische genetische Elemente aus der tiefen evolutionären Vergangenheit bei Nymphaliden-Schmetterlingen einen starken Einfluss auf die Art und Weise ausüben, wie sich Muster auf ihren Flügeln entwickelt haben.
Die Forscher fanden heraus, dass das WntA-Gen ein Master-Gen ist, das eine entscheidende Rolle bei der Entwicklung von Mustern spielt, die auf Schmetterlingsflügeln erscheinen. Sie fanden heraus, dass seine Expression nicht nur Einfluss auf Farbe und Muster hat, sondern auch auf die Expression mehrerer anderer Gene, die sich in der Schmetterlings-DNA in der Nähe befinden. Und durch die Generierung von Deletionen mit CRISPR-Cas9 konnten sie die Auswirkungen mehrerer Transkriptionsfaktoren und CREs auf Flügelmuster und -farbe untersuchen. Sie fanden mehrere Veränderungen bei einer Art, die bei anderen nicht offensichtlich waren, was auf neu entwickelte CREs hindeutet, die sehr schnell Teil des Regulierungsprozesses geworden waren.
Anyi Mazo-Vargas et al., Tiefe cis-regulatorische Homologie des Grundrisses des Schmetterlingsflügelmusters, Wissenschaft (2022). DOI: 10.1126/science.abi9407
Marianne Espeland et al, Wie Schmetterlingsflügel zu ihrem Muster kamen, Wissenschaft (2022). DOI: 10.1126/science.ade5689
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