Американська лабораторія має мух під редакцією генів з потрійною мутацією, тієї самої, яка дозволяє метелику-монарху їсти токсичні молочаї та секвеструвати їх отруту. Хижак, який ними харчується, повернеться.

яких

Плодові мухи (Drosophila melanogaster)/Adobestock

Команда з Каліфорнійського університету в Берклі (США) перетворила плодових мух (Drosophila melanogaster), апетитну здобич для жаб і птахів, на потенційно здобич отруйний від чого може зригувати будь-кого, хто їх їсть.

Крім того, у досить великих кількостях вони навіть можуть викликати блювоту у людини подібним чином сироп іпекак –Використовується для викликання нудоти– на думку вчених.

Команда дослідників генетично сконструювала цих мух, використовуючи техніку редагування гена CRISPR-Cas9, щоб вони могли їсти токсичні молочаї (Asclepias curassavica) не вмираючи. Ця стратегія використовує метелик монарх (Danaus plexippus), щоб уникнути його хижаків.

Команда дослідників генетично спроектувала цих мух за допомогою редагування гена CRISPR-Cas9

Таким чином, вченим вдалося вперше відтворити в багатоклітинному організмі набір еволюційних мутацій, які призводять до абсолютно нової адаптації, в даному випадку до нової дієти та нового способу стримування хижаків у мух. Дослідження опубліковано в журналі Nature.

Мухи з потрійною генетичною мутацією

Команда здійснила цей подвиг, зробивши три зміни CRISPR на одному гені - тобто, ідентичні модифікації генетичних мутацій, які дозволяють метеликам-монархам споживати молочаї та секвеструвати їх отруту.

У метеликів ці мутації дозволяють їсти отруйні рослини, що є ключовим фактом для їх виживання. Мухи з потрійна генетична мутація було показано, що вони в 1000 разів менш чутливі до токсину молочаю, ніж дикі плодові мухи.

Метою роботи було встановити, які генетичні зміни в геномі метеликів-монархів були необхідними, щоб дозволити їм їсти молочай, не сп'янівши. Що здивувало дослідників, так це те, що лише за три заміни одиночного нуклеотиду в гені у плодової мухи було те саме стійкість до токсинів ніж метелики.

"Все, що ми зробили, це змінити три зони, і ми зробили цих" супер мух ". Але найдивовижніше для мене те, що ми змогли перевірити еволюційні гіпотези таким чином, який ніколи не був можливим поза клітинними лініями. Це було б важко виявити, не маючи можливості створювати мутації за допомогою CRISPR ", - говорить Ноа Уайтман, головний дослідник Каліфорнійського університету.

Мутації мають велику ціну з точки зору відновлення нервової системи і, можливо, інших невідомих

Однак виготовлення мух, стійких до токсину молочай, має мутантів ціну, оскільки вони не так швидко відновлюються від таких неприємностей, як струшування.

"Це свідчить про те, що мутації мають витрати на відновлення нервової системи і, мабуть, інших, про які ми не знаємо. Але перевага можливості втекти від хижака настільки велика, що між смертю або токсинами токсини виграють ", додає вчений.

Еволюційна битва між рослинами та комахами

Уайтмена цікавило розуміння еволюційної битви між рослинами та паразитами. Його заінтригували еволюційні пристосування, які дозволили метеликам-монархам перемагати токсини. Я також хотів дізнатись, чи застосовують інші комахи, які мають імунітет - хоча і менше, ніж монарх, подібні трюки, щоб знешкодити отруту.

"Оскільки рослини і тварини вперше вторглися на Землю 400 мільйонів років тому, вважається, що це еволюційна гонка озброєнь Це породило значну частину різноманітності рослин і тварин, яку ми знаємо, тому що багато комах, і більшість з них травоїдні: вони їдять рослини ", пояснює він.

Завдяки своїй потрійній мутації метелик-монарх протистоїть токсину краще за будь-яку комаху

Молочай та інші рослини, в тому числі наперстянка (Digitalis purpurea), джерело дигітоксин та дигоксин, вони містять токсини, звані серцевими глікозидами, які можуть вбити слона. Вплив наперстянки на серце є причиною того, що рослинний екстракт століттями застосовувався при ішемічній хворобі серця. І дигоксин, і дигітоксин сьогодні використовуються для лікування серцевої недостатності.

Кислотності цих рослин досить для стримування більшості тварин, але невелика кількість комах, включаючи метелика монарха та королева метелик (Danaus gilippus), навчилися використовувати молочай для відлякування хижаків.

Монарх - це тропічна лінія, яка вторглася в Північну Америку після останнього льодовикового періоду, частково завдяки трьом мутаціям, які дозволили їсти отруйну рослину, яку інші тварини не могли, даючи їй перевагу на виживання та захист. Природний від хижаків.

"Монархи протистоять токсину краще, ніж будь-яка комаха, і мають чисельність популяції більшу, ніж будь-яка з них. Вони є в усьому світі", - підсумовує він.

Бібліографічна довідка: