Labmedya - Laboratuvar ve Sağlık Gazetesi

Anayi Devrimi sırasında, açık renkli, benekli İngiliz biberli güvesi, kurumla kararmış ağaçlar ve şehir duvarlarının önünde öne çıktı. Bu keskin karşıtlık, daha açık renkli güvelerin yırtıcılar tarafından avlanma olasılığının daha yüksek olmasıyla daha koyu renklerin evrimine yol açtı, doğal seçilimin klasik bir örneği. Bu değişimin arkasındaki ekolojik faktörler iyi çalışılmış olsa da, genetik mekanizmalar hala belirsizliğini koruyor.

Araştırmacılar uzun zamandır Lepidoptera’daki (kelebekler ve güveler) siyah ve daha koyu kanat rengi varyantlarının protein kodlayan gen korteksi tarafından düzenlendiğini düşünüyorlardı . Ancak 2019’da, o zamanlar Singapur Ulusal Üniversitesi’nde Antónia Monteiro’nun grubunda lisansüstü öğrencisi olan Shen Tian şaşırtıcı bir keşif yaptı. Korteksi devre dışı bıraktığında , siyahtan beyaza doğru beklenen kelebek kanatlarındaki değişim yüksek frekansta gerçekleşmedi. Şaşkınlık içinde, genin yakınındaki başka bir genetik bileşenin de etkilenip etkilenmediğini merak etti. Bu onu, gen düzenlemesinde göz ardı edilen bir oyuncu olan mikroRNA’ları (miRNA’lar), gen ifadesinin temel kodlamayan düzenleyicilerini, kanat rengi desenlerinin potansiyel bir sürücüsü olarak keşfetmeye motive etti.

Şimdi, Science dergisinde yayınlanan bir makalede Tian ve meslektaşları, genomda korteksin yakınında kodlanan bir miRNA olan mir-193’ü kanat pigmentasyonunun temel düzenleyicisi olarak tanımladılar. Bulguları, mir-193 ifadesinin bozulmasının üç kelebek türünde siyah ve koyu kanat renklerini ortadan kaldırdığını gösteriyor. Bu sonuçlar, korteksin değil bir miRNA’nın kanat renklenmesini kontrol ettiğini ortaya koyuyor ve bu fenotipik çeşitlilikte kodlamayan RNA’ların rolünü vurguluyor.

Tian’ın kelebeklere olan çocukluk hayranlığı, arka bahçesindeki çiçeklerin üzerinde dinlenirken onları izlerken güzelliklerinden ilham alarak biyolojiye olan erken bir tutkuyu ateşledi. Bu merak sonunda onu miRNA’lar üzerine çalışmaya yöneltti. Lisansüstü okul sırasında, miRNA’daki uzmanlığını kelebeklere olan ömür boyu süren ilgisiyle birleştirme fırsatı gördü ve bu da onu kelebek ve güve kanat renklendirmesinde miRNA’ların büyük ölçüde yeterince çalışılmamış rolünü keşfetmeye yöneltti.

Standart mRNA transkriptom kütüphanelerinde miRNA’yı tespit etmek, minimum açıklama nedeniyle zordur. Bunu aşmak için Tian, ​​kendi miRNA kütüphanelerini oluşturmak için model kelebek Bicyclus anynana’dan RNA ve miRNA diziledi ve açıkladı. Kanat desenlerinin önerilen genetik düzenleyicisi olan korteks lokusunu araştırırken , iki komşu miRNA fark etti : mir-193 ve mir-2788 .

Monteiro, « Bu miRNA’ların gen ifadesinin küçük düzenleyicileri olacağını düşünmüştüm ; belki geni biraz düşürebilirlerdi ama büyük bir etkileri olmayacaktı, » dedi. Yine de Tian bunun umut verici bir ipucu olduğuna ikna olmuştu, bu yüzden Monteiro onu iki miRNA’yı keşfetmeye teşvik etti.

Bu iki miRNA’nın işlevini açıklamak için yola çıkan Tian, ​​üç farklı kelebek soyunda mir-193 veya mir-2788’i nakavt etmek için CRISPR-Cas9 gen düzenlemesini kullandı : Afrika şaşı çalı kahverengi kelebeği ( B. anynana ), Hint lahana beyaz kelebeği ( Pieris canidia ) ve yaygın Mormon kelebeği ( Papilio polytes ). Bu, farklı renk seviyeleri gösteren mozaik kelebeklerle sonuçlandı. Ancak, Tian aynı genomik bölgedeki korteksi ve diğer üç protein kodlayan geni bozduğunda , mozaik kelebeklerin koyu kanatlarında çok az renk değişimi oldu. Daha fazla araştırma yapmak için, saf homozigot miRNA nakavt hatları üretmek için mozaik mutantları çaprazladı. Tian, ​​mir-193 ve mir-2788 arasında , homozigot mir-193 kelebeklerinin daha açık kanat renkleri sergilediğini buldu ve bu da mir-193’ün bu Lepidoptera’da temel koyu renk düzenleyicisi olduğunu gösteriyor .

« Böcekçiye gidip B. anynana kelebeklerinin pupadan çıktığını gördüğümde ve [saf homozigot mutant] fenotipi gördüğümde -bütün açık kahverengi kelebek- gerçekten heyecan vericiydi, hala hatırlıyorum. »

Tian miRNA’yı tanımlamış olsa da, mir-193’ü işleyen ilk gen transkripti bilinmiyordu . Tian, ​​« [ Mir-193 ] önce uzun bir dizi olarak transkripsiyona tabi tutulmalı ve bu miRNA’ları üretmek için küçük bir saç tokası yapısı kesecek bir makine var, » dedi. Ekip RNA dizilimini kullandı ve mir-193 ve mir-2788’in, yakın zamanda iki başka grup tarafından keşfedilen «  ivory «  adlı uzun kodlamayan bir RNA’nın (lncRNA) intronunda örtüştüğü bir bölge belirledi.

Tian , ​​mir-193 ve fildişi mutantlarını karşılaştırdı ve kelebeklerde benzer fenotipik desenler buldu, bu genlerin benzer roller oynadığını ve mir-193’ün fildişinden türediğini öne sürdü. Bu gözlem, Tian’ı, vahşi tip ve mutant kelebek kanatları arasındaki transkriptom farklılıklarını analiz ederek mir-193’ün doğrudan birden fazla pigmentasyon genini hedef alıp almadığını araştırmaya yöneltti .

Monteiro, « Mutantlarda yanlış düzenlenmiş bir abanoz geni olduğunu bulduk , » diye açıkladı. «  Abanozun melanin yoluyla çok iyi anlaşılmış bir bağlantısı var ve döngüyü bu şekilde kapatabildik. »

“Bu lncRNA ve miRNA [daha önce] deneysel önyargılar nedeniyle bizim için görünmezdi. Protein kodlamadılar ve başlangıçta önemlerini görmek için gerekli araçlara sahip olmadığımız için açıklamalarda bulunmadılar,” diye belirtti çalışmaya dahil olmayan George Washington Üniversitesi’nde gelişimsel biyolog olan Arnaud Martin . Martin’in grubu, evrimsel biyolog Robert Reed ve Cornell Üniversitesi’ndeki ekibiyle birlikte, daha önce fildişinin farklı bir kelebek setinde renk desenlerini düzenlemedeki rolünü göstermişti. Martin, Tian’ın bulgularının bu önceki araştırmayı desteklediğini ve ona katkıda bulunduğunu belirterek, lncRNA ve miRNA’nın fildişinin abanoz genini hedef alan mir-193 ürettiği aynı madalyonun iki yüzü olduğunu ekledi .

Tian, ​​bunun üzerine Lepidoptera’da gözlemlenen mir-193’ün rolünün , genomik lokasyonundaki farklılıklara ve fildişi geninin yokluğuna rağmen Drosophila melanogaster gibi bir dış gruba kadar uzanıp uzanmadığını araştırdı . Tian benzer etkiler buldu : mir-193’ü aşırı ifade etmek pigmentasyonu artırırken, bastırmak daha açık renklenmeye yol açtı ve mir-193’ün korunan rolünü vurguladı .

Martin, « Bu özelliğin sinek karınları veya yaban arıları gibi diğer desenli böceklerde de görülüp görülmediği konusunda kesinlikle yeni sorular ortaya çıkıyor » dedi.

Yazar: Bassma Bouanani

Kaynakça: https://www.the-scientist.com/butterfly-wing-colors-explained-by-microrna-72726