Выявлен ген, из-за которого самцы геликонид предпочитают самок с красным узором крыльев

Международная группа под руководством исследователей из Мюнхенского университета Людвига-Максимилиана работала над идентифицикацией ключевых генов, ассоциированных с выбором партнера по внешним признакам. Визуальные предпочтения выступают важным фактором полового отбора, и знание молекулярных основ позволит глубже понять эволюцию этой формы поведения.

В качестве объекта исследования авторы выбрали обитающих в тропиках Америки бабочек рода Heliconius с ярким окрасом крыльев. Вид Heliconius cydno отличается белыми или желтыми пятнами на крыльях, в то время как виды H. timareta и H. melpomene обладают красными пятнами. Схожий рисунок крыльев двух видов не случаен, а приобретен особями H. timareta вместе с генами H. melpomene в результате гибридизации (интрогрессии).

Исследователи позволяли самцам трех видов выбрирать между самками H. timareta и H. cydno с красными и белыми пятнами на крыльях соответственно. Самцы H. timareta и H. melpomene предпочитали в качестве пары H. timareta, чего не происходило с самцами H. cydno. Вывод о том, что выбор самцов основан на внешних признаках самок, подтвердили в эксперименте с самками H. cydno, которым белые пятна на крыльях покрасили в красный цвет.

Затем ученые провели серию скрещиваний H. timareta х H. cydno и H. melpomene х H. cydno. Межвидовых гибридов F₁ мужского пола, в свою очередь, скрестили с самками H. cydno. Оказалось, что у самцов F₂ генотип концевого участка хромосомы 18 является пердиктором полового поведения. Самцы, унаследовавшие аллель от H. timareta, дольше ухаживали за самками с красными пятнами, чем их собратья-гомозиготы по аллелям H. cydno. Таким образом, одна и та же генетическая область на хромосоме 18 была связана с визуальными предпочтениями бабочек, что подтверждало роль интрогрессии в развитии схожей формы полового поведения у видов H. timareta и H. melpomene.

Дальнейший анализ геномов разных популяций насекомых показал, что интрогрессия затронула два несмежных локуса в выделенной области, один из которых содержал ген optix, отвечающий за паттерн окраски. Для того, чтобы идентифицировать второй, исследователи секвенировали РНК в тканях глаз и мозга самцов трех видов Heliconius и сравнили экспрессию генов. Оказалось, что у любителей красных узоров H. timareta и H. melpomene значительно ниже активность гена regucalcin1, что обусловлено мутациями в цис-регуляторных элементах. Не смотря на то, что экспрессия optix не различалась для бабочек с разными предпочтениями окраса крыльев, автры работы не исключили независимый характер интрогрессии и эволюции двух локусов.

Чтобы подтвердить влияние regucalcin1 на визуальный выбор партнера, исследователи провели нокаут гена в разных тканях, включая нервную, посредством технологии CRISPR-Cas9 у самцов H. melpomene. Делеция в кодирующей части regucalcin1 привела к гибели или нарушила способность к полету у некоторых бабочек, что указывало на роль гена в других биологических процессах. В дальнейших опытах участвовали выжившие летающие самцы. Они проводили меньше времени в ухаживании за самками своего вида, чем самцы с функциональным геном, однако другие формы поведения (полет, кормление, зрительное восприятие) не пострадали.

Ученые связали развитие визуальных предпочтений бабочек Heliconius с отбором на поиск восприимчивых самок, а не факторов среды, как, например, у цихлидовых рыб. Аллель regucalcin1, который был приобретен при скрещивании со схожим внешне H. melpomene, подкрепил влечение самцов H. timareta к самкам с определенным рисунком крыльев и репродуктивный успех. Напротив, в местах встречи разноокрашенных видов Heliconius разные варианты гена обеспечили изоляцию насекомых посредством влияния на выбор полового партнера. По мнению авторов, это подтверждает роль гибридизации в эволюции полового поведения. Своей следующей задачей исследователи видят определение молекулярных и нейронных механизмов, посредством которых действует regucalcin1.

Единственный ген защищает бабочек от межвидового скрещивания