Corak sayap rama-rama muncul daripada DNA “sampah” purba | Cornell Chronicle

Corak sayap rama-rama mempunyai pelan asas kepada mereka, yang dimanipulasi oleh DNA pengawalseliaan bukan pengekodan untuk mencipta kepelbagaian sayap yang dilihat dalam spesies yang berbeza, menurut penyelidikan baru.

Kajian itu, “Homologi kawal selia cis dalam pelan tanah corak sayap rama-rama,” diterbitkan sebagai cerita muka depan dalam terbitan Sains 21 Oktober, menerangkan bagaimana DNA yang terletak di antara gen – dipanggil DNA ‘sampah’ atau DNA kawal selia bukan pengekodan – menampung pelan asas yang dipelihara selama berpuluh-puluh hingga ratusan juta tahun sementara pada masa yang sama membenarkan corak sayap berkembang dengan sangat cepat.

Rama-rama Teluk fritillary – Agulis vanillae.

Penyelidikan menyokong idea bahawa pelan tanah corak warna purba sudah dikodkan dalam genom dan DNA kawal selia bukan pengekodan berfungsi seperti suis untuk menghidupkan beberapa corak dan menolak yang lain.

“Kami berminat untuk mengetahui bagaimana gen yang sama boleh membina rama-rama yang kelihatan sangat berbeza ini,” kata Anyi Mazo-Vargas, Ph.D. ’20, pengarang pertama kajian itu dan bekas pelajar siswazah di makmal pengarang kanan, Robert Reed, profesor ekologi dan biologi evolusi di Kolej Pertanian dan Sains Hayat. Mazo-Vargas kini merupakan penyelidik pasca doktoral di Universiti George Washington.

“Kami melihat bahawa terdapat kumpulan suis yang sangat konservatif [non-coding DNA] yang bekerja dalam kedudukan berbeza dan diaktifkan serta memacu gen,” kata Mazo-Vargas.

Kerja sebelumnya dalam makmal Reed telah menemui gen corak warna utama: satu (WntA) yang mengawal jalur dan satu lagi (Optix) yang mengawal warna dan kemeriahan pada sayap rama-rama. Apabila penyelidik melumpuhkan gen Optix, sayap kelihatan hitam, dan apabila gen WntA dipadamkan, corak jalur hilang.

Kajian ini memberi tumpuan kepada kesan DNA bukan pengekodan pada gen WntA. Khususnya, penyelidik menjalankan eksperimen ke atas 46 elemen bukan pengekodan ini dalam lima spesies rama-rama nymphalid, yang merupakan keluarga rama-rama terbesar.

Untuk membolehkan elemen pengawalseliaan bukan pengekodan ini mengawal gen, gegelung DNA yang diikat rapat menjadi tidak terkumpul, tanda bahawa unsur pengawalseliaan berinteraksi dengan gen untuk mengaktifkannya, atau dalam beberapa kes, matikannya.

Dalam kajian itu, para penyelidik menggunakan teknologi yang dipanggil ATAC-seq untuk mengenal pasti kawasan dalam genom di mana pembongkaran ini berlaku. Mazo-Vargas membandingkan profil ATAC-seq dari sayap lima spesies rama-rama, untuk mengenal pasti kawasan genetik yang terlibat dalam pembangunan corak sayap. Mereka terkejut apabila mendapati bahawa sebilangan besar kawasan kawal selia telah dikongsi merentasi spesies rama-rama yang sangat berbeza.

Mazo-Vargas dan rakan sekerja kemudiannya menggunakan teknologi penyuntingan gen CRISPR-Cas untuk melumpuhkan 46 elemen kawal selia satu demi satu, untuk melihat kesan pada corak sayap apabila setiap jujukan DNA bukan pengekodan ini dipecahkan. Apabila dipadamkan, setiap elemen bukan pengekodan mengubah satu aspek corak sayap rama-rama.

Para penyelidik mendapati bahawa merentasi empat daripada spesies – Junonia coenia (buckeye), Vanessa cardui (wanita dicat), Heliconius himera dan Agraulis vanillae (gulf fritillary) – setiap elemen bukan pengekodan ini mempunyai fungsi yang serupa berkenaan dengan gen WntA, membuktikan ia adalah purba dan terpelihara, berkemungkinan berasal dari nenek moyang yang jauh.

Mereka juga mendapati bahawa D. plexippus (raja) menggunakan elemen pengawalseliaan yang berbeza daripada empat spesies lain untuk mengawal gen WntAnya, mungkin kerana ia kehilangan beberapa maklumat genetiknya sepanjang sejarahnya dan terpaksa mencipta semula sistem pengawalseliaannya sendiri untuk membangunkan warna uniknya. corak.

“Kami secara beransur-ansur memahami bahawa kebanyakan evolusi berlaku kerana mutasi di kawasan bukan pengekodan ini,” kata Reed. “Apa yang saya harapkan ialah kertas ini akan menjadi kajian kes yang menunjukkan bagaimana orang boleh menggunakan gabungan ATAC-seq dan CRISPR ini untuk mula menyoal siasat kawasan menarik ini dalam sistem kajian mereka sendiri, sama ada mereka bekerja pada burung atau lalat atau cacing. ”

Kajian itu dibiayai oleh Yayasan Sains Kebangsaan (NSF).

“Penyelidikan ini adalah satu kejayaan untuk pemahaman kami tentang kawalan genetik sifat kompleks, dan bukan sahaja pada rama-rama,” kata Theodore Morgan, pengarah program di NSF. “Kajian itu bukan sahaja menunjukkan bagaimana arahan untuk corak warna rama-rama dipelihara secara mendalam merentasi sejarah evolusi, tetapi ia juga mendedahkan bukti baharu tentang bagaimana segmen DNA kawal selia secara positif dan negatif mempengaruhi ciri-ciri seperti warna dan bentuk.”

We would like to give thanks to the writer of this short article for this amazing content

Corak sayap rama-rama muncul daripada DNA “sampah” purba | Cornell Chronicle


Visit our social media accounts and also other related pageshttps://paw6.info/related-pages/