«Существует исключительное разнообразие окраски шмелей», – сказала Хизер Хайнс, доцент кафедры биологии и энтомологии Университета Пенсильвании и главный исследователь исследования. "Из примерно 250 видов шмелей существует более 400 различных цветовых узоров, которые в основном смешиваются и сочетаются с одними и теми же цветами на разных участках тела пчелы."
Наиболее распространенные цветовые узоры шмелей – это красный цвет вокруг пчелиного хвоста, который, как считается, рекламирует ее опасный укус. Несмотря на большое разнообразие доступных, цветовые узоры имеют тенденцию сходиться к сходству в пределах определенного географического региона, потому что они служат важным и эффективным предупреждающим сигналом. Это пример мимикрии Мюллера, где похожие, часто яркие цветовые узоры используются у нескольких видов, чтобы предупредить хищников об опасной особенности, такой как токсичность или острые шипы.
«Мимикрия Мюллера служила примером эволюции со времен Дарвина», – сказал Хайнс. "Изучение этих систем мимикрии – схожих цветовых узоров у многих разных видов – позволяет нам увидеть, как развиваются естественные черты характера. Он также может рассказать нам о том, как признаки закодированы в геноме: существует ли только один способ создать признак, или разные виды приходят к сходным признакам разными генетическими путями?"
Группа исследователей изучила генетическую основу цвета у вида Bombus melanopygus, который демонстрирует два региональных цветовых узора.
Шмели, обитающие в прибрежной зоне Тихого океана, имеют черный цвет в середине брюшка, а пчелы в районе Скалистых гор – красные. Предыдущие исследования показали, что это изменение цвета было связано с одним геном, хотя его идентичность была неизвестна.
Исследователи провели общегеномное ассоциативное исследование, в ходе которого исследователи ищут вариации в последовательности ДНК, связанные с вариациями признака. Они определили регуляторную область, которая изменяет экспрессию в гене под названием Abdominal-B, который управляет изменением цвета.
«Абдоминальный-B расположен в высококонсервативной области генома, которая содержит важные гены формирования паттерна, называемые« Hox-генами », которые действуют как чертежи для сегментов развивающейся личинки пчелы», – сказал Хайнс. «Обычно любое изменение этих Hox-генов вызывает множество других важных изменений в развитии сегментов животного, но мы не наблюдали этих других изменений. Оказывается, измененная экспрессия Abdominal-B происходит на столь позднем этапе развития, что может оказывать очень специфическое влияние на цвет без каких-либо других последствий."
Изменение регуляторной области привело к экспрессии Abdominal-B в необычном месте на поздних стадиях развития куколки; в то же время в процессе развития этот пигмент начинает проявляться в пчеле. Абдоминальный-B обычно выражен ближе к хвосту пчелы, но у пчел с красными полосами он выражен сегментами дальше вверх, вызывая сдвиг цвета живота в середине.
«Возможно, что экспрессия этого гена и других Hox-генов может измениться на поздних стадиях развития, позволяя смешивать и сопоставлять сегменты для создания модульного цветового рисунка, который мы видим у шмелей», – сказал Хайнс.
По словам исследователей, это конкретное генетическое изменение в регуляторной области не было ответственно за изменение цвета у десяти близкородственных видов шмелей с аналогичными красными и черными вариациями окраски. Вполне вероятно, что эти другие виды претерпевают генетические изменения, которые нацелены на другие регуляторные области того же гена или других генов полностью. Исследователи продолжают изучать генетику изменения цвета у разных видов.
«Это говорит нам о том, что основа для формирования цветового рисунка у Bombus melanopygus возникла независимо от рисунка у других видов», – сказал Хайнс. "Шмели не разделяют это сходство в цвете, потому что все они унаследовали его от общего предка, поэтому должно быть много разных способов подражания."
Это исследование также было проведено учеными из Пенсильванского университета Ли Тианом, Сартоком Разиком Рахманом, Брианой Эзрей, Патриком Ломмом, Лукой Францини и Джеймсом Стрэнджем из Университета штата Юта.
Эта работа финансировалась Hines за счет гранта КАРЬЕРЫ от Национального научного фонда.