Plano de tierra del patrón de ala de mariposa manipulado por ADN regulador no codificante, encuentra un estudio
Los patrones de las alas de las mariposas tienen un modelo básico, que es manipulado por el ADN regulador no codificante para crear la diversidad de alas que se ven en diferentes especies, según una nueva investigación.
El estudio, «Deep cis-regulatory homology of the butterfly wing pattern ground plan», publicado en la portada de la edición del 21 de octubre de La cienciaexplica cómo el ADN que se encuentra entre los genes, llamado ADN «basura» o ADN regulador no codificante, se adapta a un plan básico conservado durante decenas a cientos de millones de años mientras permite que los modelos de alas evolucionen extremadamente rápido.
La investigación respalda la idea de que un patrón de color antiguo ya está codificado en el genoma y que el ADN regulador no codificante funciona como interruptores para activar y desactivar ciertos patrones.
«Estamos interesados en cómo el mismo gen puede construir estas mariposas de aspecto tan diferente», dijo Anyi Mazo-Vargas, Ph.D. autor principal, Robert Reed, profesor de ecología y biología evolutiva en la Facultad de Agricultura y Ciencias de la Vida. Mazo-Vargas es actualmente becaria postdoctoral en la Universidad George Washington.
«Vemos que hay un grupo muy conservado de interruptores [non-coding DNA] que funcionan en diferentes posiciones y se activan y activan el gen”, dijo Mazo-Vargas.
El trabajo anterior en el laboratorio de Reed descubrió genes de patrones de color clave: uno (WntA) que controla las rayas y otro (Optix) que controla el color y la iridiscencia de las alas de mariposa. Cuando los investigadores apagaron el gen Optix, las alas aparecían negras, y cuando se eliminó el gen WntA, los patrones de rayas desaparecieron.
Este estudio se centró en el efecto del ADN no codificante en el gen WntA. Específicamente, los investigadores realizaron experimentos con 46 de estos elementos no codificantes en cinco especies de mariposas ninfálidas, que conforman la familia más grande de mariposas.
Para que estos elementos reguladores no codificantes controlen los genes, las bobinas de ADN estrechamente enrolladas se desenrollan, una señal de que un elemento regulador está interactuando con un gen para activarlo o, en algunos casos, desactivarlo.
En el estudio, los investigadores utilizaron una tecnología llamada ATAC-seq para identificar las regiones del genoma donde ocurre este desenredo. Mazo-Vargas comparó los perfiles ATAC-seq de las alas de cinco especies de mariposas para identificar las regiones genéticas involucradas en el desarrollo del patrón alar. Se sorprendieron al descubrir que una gran cantidad de regiones reguladoras eran compartidas por especies de mariposas muy diferentes.
Mazo-Vargas et ses collègues ont ensuite utilisé la technologie d’édition de gènes CRISPR-Cas pour désactiver 46 éléments régulateurs un par un, afin de voir les effets sur les modèles d’ailes lorsque chacune de ces séquences d’ADN non codantes était rota. Cuando se eliminó, cada elemento no codificante cambió algún aspecto de los patrones de las alas de mariposa.
Los investigadores encontraron que en cuatro de las especies – Junonia coenia (castaño de castaño), Vanessa cardui (dama pintada), Heliconius himera y Agraulis vanillae (fritillary del golfo) – cada uno de estos elementos no codificantes tenía funciones similares con respecto al gen WntA, demostrando que eran antiguos y conservados, probablemente originarios de un ancestro común lejano.
También encontraron que D. plexippus (monarca) usaba diferentes elementos reguladores de las otras cuatro especies para controlar su gen WntA, posiblemente porque había perdido parte de su información genética durante su historia y tuvo que reinventar su propio sistema de regulación para desarrollar su propio sistema de regulación. color único patrones.
Gradualmente entendimos que la mayoría de las evoluciones ocurren debido a mutaciones en estas regiones no codificantes. Lo que espero es que este artículo sea un estudio de caso que muestre cómo las personas pueden usar esta combinación de ATAC-seq y CRISPR para comenzar a interrogar estas regiones de interés en sus propios sistemas de estudio, que funcionan con pájaros, moscas o gusanos.
Robert Reed, Profesor de Ecología y Biología Evolutiva, Facultad de Agricultura y Ciencias de la Vida
El estudio fue financiado por la Fundación Nacional de Ciencias (NSF).
«Esta investigación es un gran avance para nuestra comprensión del control genético de rasgos complejos, y no solo en las mariposas», dijo el director del programa de la NSF, Theodore Morgan. «El estudio no solo mostró cómo las instrucciones para los patrones de color de las mariposas se conservan profundamente a lo largo de la historia evolutiva, sino que también reveló nueva evidencia de cómo los segmentos de ADN reguladores influyen positiva y negativamente en rasgos como el color y la forma».
La fuente:
Referencia de la revista:
Mazo-Vargas, A., et al. (2022) Homología profunda del plano de tierra regulador cis del patrón de ala de mariposa. La ciencia. doi.org/10.1126/science.abi9407.
