Kelebek Kanatlarında Pigment Dağılımını Belirleyen Yeni Bir Genetik Mekanizma Keşfedildi

Uluslararası bir araştırma ekibi, kelebek kanatlarında bulunan canlı ve karmaşık desenleri etkileyen şaşırtıcı bir genetik mekanizma keşfetti. George Washington Üniversitesi ve Cambridge Üniversitesi'nden Luca Livraghi liderliğinde yürütülen ve Proceedings of the National Academy of Sciences dergisinde yayımlanan bu çalışmada, daha önce düşünüldüğü gibi bir proteinin değil, bir RNA molekülünün, kelebek kanatlarındaki siyah pigmentin dağılımını belirlemede önemli bir rol oynadığı ortaya çıktı.

Kelebeklerin kanatlarında canlı desenler ve renkler oluşturma yeteneği, biyologları yüzyıllardır büyülemiştir. Gelişmekte olan kelebek kanatlarının hücrelerinde bulunan genetik kod, kanat pulları üzerindeki renklerin belirli düzenini dikte eder — tıpkı renkli piksellerin bir dijital görüntü oluşturması gibi. Bu kodun çözülmesi, kendi genlerimizin anatomimizi nasıl inşa ettiğini anlamak için temel bir adımdır. Laboratuvarda, araştırmacılar gen düzenleme araçlarıyla bu kodu kelebeklerde manipüle edebilir ve kanatlardaki renklenme gibi görünür özellikler üzerindeki etkisini gözlemleyebilirler.

Bilim insanları, uzun süredir protein kodlayan genlerin bu süreçlerde kritik öneme sahip olduğunu biliyorlardı. Bu tür genler, belirli bir pulun ne zaman ve nerede belirli bir pigment üretmesi gerektiğini belirleyebilen proteinler oluşturur. Siyah pigmentler söz konusu olduğunda, araştırmacılar bu sürecin farklı olmayacağını düşündüler ve başlangıçta bir protein kodlayan gen üzerinde durdular. Ancak yeni araştırma, farklı bir tablo çiziyor.

Ekip, bir protein değil, RNA molekülü üreten bir genin, kelebeklerin metamorfozu sırasında koyu pigmentlerin nerede oluşacağını kontrol ettiğini keşfetti. CRISPR genom düzenleme tekniğini kullanarak, bu RNA molekülünü üreten geni çıkardıklarında, kelebeklerin siyah pigmentli pullarını tamamen kaybettiklerini ve RNA aktivitesi ile koyu pigment gelişimi arasında açık bir bağlantı olduğunu gösterdiler.

GW'de doktora sonrası araştırmacı olan Livraghi, "Bulduğumuz şey şaşırtıcıydı," dedi. "Bu RNA molekülü, siyah pigmentin kanatlarda nerede görüneceğini doğrudan etkiliyor ve kelebeklerin renk desenlerini beklenmedik bir şekilde şekillendiriyor."

Araştırmacılar, RNA molekülünün kanat gelişimi sırasında nasıl işlev gördüğünü daha da incelediler. Aktivitesini gözlemleyerek, RNA'nın ifade edildiği yer ile siyah pulların oluştuğu yer arasında mükemmel bir korelasyon gördüler.

GW Biyoloji Bölümü'nden doçent Arnaud Martin, "RNA'nın ifade edildiği yer ile siyah pulların nihayetinde gelişeceği yer arasındaki bu hassas uyum karşısında şaşırdık," dedi. "Bu, gerçekten evrimsel bir boya fırçası ve birkaç türdeki etkilerine bakılırsa oldukça yaratıcı bir fırça."

Araştırmacılar, keşfettikleri RNA'yı, evrimsel olarak yaklaşık 80 milyon yıl önce ayrılmış diğer birkaç kelebekte de incelediler. Her bir türde, RNA'nın koyu pigmentlerin desenlerindeki yeni yerleşimleri kontrol edecek şekilde evrildiğini buldular.

CRISPR mutantlarıyla elde edilen tutarlı sonuçlar, bu RNA geninin yeni bir keşif olmadığını, kanat deseni çeşitliliğini kontrol etmek için kilit bir atadan kalma mekanizma olduğunu gerçekten gösteriyor," dedi Porto Riko Üniversitesi'nden Biyoloji Profesörü Riccardo Papa.

"Biz ve diğer araştırmacılar, bu genetik özelliği birçok farklı kelebek türünde inceledik ve şaşırtıcı bir şekilde aynı RNA'nın uzun kanatlı kelebeklerden, monark ve boyalı bayan kelebeklere kadar tekrar tekrar kullanıldığını görüyoruz," dedi Joe Hanly, GW'de doktora sonrası bilim insanı ve misafir araştırmacı. "Bu, kanat desenlerinin evrimi için açıkça kritik bir gen. Biyologların genomun karanlık maddesine dikkat etmedikleri için başka hangi benzer fenomenleri kaçırmış olabileceklerini merak ediyorum."

Bu bulgular, genetik düzenleme ile ilgili uzun süredir devam eden varsayımlara meydan okumanın yanı sıra, hayvanlarda görülebilir özelliklerin nasıl evrildiğini incelemek için de yeni yollar açmaktadır.

Referanslar

1. Luca Livraghi, Joseph J. Hanly, Elizabeth Evans, Charlotte J. Wright, Ling S. Loh, Anyi Mazo-Vargas, Kiana Kamrava, Alexander Carter, Eva S. M. van der Heijden, Robert D. Reed, Riccardo Papa, Chris D. Jiggins, Arnaud Martin. A long noncoding RNA at the cortex locus controls adaptive coloration in butterflies. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2024; 121 (36) DOI: 10.1073/pnas.2403326121