「ディスコ」遺伝子は蛾が時間を知るのに役立つかもしれない

地球上には 16 万種を超える蛾の種があり、夜間飛行と送粉媒介者として最もよく知られています。現在、一部の蛾は、1 つの種がどのようにして異なる特徴を持つ別々の種に分岐するかという進化の窓を開いています。いわゆるディスコ遺伝子が、2 種類のカラフルな蛾の飛行パターンの著しい違いの背後にある可能性があります。この発見は、8 月 27 日にProceedings of the Royal Society B: Biological Sciences誌に掲載された研究で説明されており、この遺伝子が昼夜の飛行を制御するのにどのように役立つかを詳しく説明しています。

種が分岐するとき

自然界では、1 つの種が分岐して、時間の経過とともに 2 つ以上の種に分裂することがあります。このプロセスは種分化と呼ばれ、単一の個体群の個体が地理的に孤立したときに発生します。チャールズ ダーウィンが研究したガラパゴスのフィンチは、種分化の最も有名な例の 1 つです。約 13 種のフィンチは、個体群が複数の島に分散して別々に進化したときに、単一の祖先から分岐しました。生物の個体群が長期間分離したままになると、最終的には交配能力を失います。

蛾の中には、海や山脈などの物理的な障壁による分離ではなく、最も活動的な時間帯によって遺伝子が影響を受けている種もいる。この新しい研究では、研究チームは米国南東部で生息範囲が重なる2種の近縁の蛾に焦点を当てた。

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バラ色のカエデガはDryocampa属に属します。頭と腹部には厚くてふわふわしたたてがみがあり、キャンディ色のピンクと黄色の鱗があります。バラ色のガのオスとメスは夜間のみ飛びます。

ピンク色の縞模様のオークワームガは、やや派手さに欠け、アニソタ属に属します。マスタードイエロー、ダークブラウン、グレーといった、よりアースカラーの色調をしています。メスのピンク色の縞模様のオークワームガは夕暮れから夕方の早い時間帯に活動しますが、オスは日中に飛ぶことを好みます。

「この2種は非常によく似ています」と、研究の共著者でフロリダ自然史博物館の昆虫学者ヤシュ・ソンディ氏は声明で述べた。「飛ぶという1つの軸に沿って分化したのです。」

以前の研究で、 Dryocampa 属とAnisota属はどちらも約 380 万年前に 1 つの種から派生したことが判明しました。進化の基準からすると、これはかなり最近のことであり、両者の間には依然としていくつかの重要な相違点と類似点があります。Anisota属の少数の種はすべて日中に活動しますが、これは夕暮れや夜間の飛行を好む現代の雌のピンク縞のオークワームガとは異なります。夜行性のバラ色カエデガは、 Dryocampa属で唯一知られている種でもあります。

当初、ソンディ氏は、両方の種類の蛾は、昆虫の視覚がどのように進化し、種がいつ活動パターンを変えるのかを調査する良い機会になると考えていた。しかし、それは実現しなかった。

「私は色覚の違いを探しに行きました。その代わりに、時計遺伝子の違いを発見しました。後から考えれば、それは理にかなっています」とソンディ氏は語った。

「時間を伝える」遺伝子

時計遺伝子は、動物と植物の両方で概日リズムを制御する特殊な遺伝子です。時計遺伝子が作り出すタンパク質の変化により、細胞はおよそ 24 時間にわたって活動状態または休止状態になります。また、時計遺伝子は睡眠と覚醒のサイクル以外にも影響を与える可能性があります。時計遺伝子は生物の細胞成長、血圧、体温、代謝に影響を与える可能性があり、さまざまな生物に見られます。

「これはショウジョウバエから哺乳類、植物まであらゆる生物に備わっているシステムです」とソンディ氏は言う。「それらはすべて、何らかの時間管理機構を持っています。」

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時計遺伝子にこうした違いがあることを発見した後、ソンディ氏は 2 種類の蛾のトランスクリプトームを比較しました。トランスクリプトームには遺伝物質のサブセットが 1 つだけ含まれており、生物の細胞や組織で遺伝子がオンまたはオフになる時期と場所を決定します。対照的に、ゲノムには動物の DNA がすべて含まれています。そのため、トランスクリプトームはこれらのタンパク質に関するより具体的な情報を持っているため、生物の 1 日のタンパク質レベルの違いを調べるのに役立ちます。

ソンディ氏は、両種の蛾で異なる量で発現している遺伝子をいくつか発見した。夜行性のバラカエデガは嗅覚に多くのエネルギーを費やし、昼行性のオークワームガは視覚に関連する遺伝子をより多く生成した。

ディスコ遺伝子とその「亜鉛フィンガー」

この分析中に、もう 1 つの遺伝子が際立っていました。disco です。discoはdisconnectedの略で、両種において昼間と夜間で異なるレベルで発現していました。ショウジョウバエに関する以前の研究では、 disco が脳から体に時計酵素を送るニューロンの生成を介して、間接的に概日リズムに影響を与える可能性があることがわかりました。

の 蛾のサンプルで見つかったディスコ遺伝子は、ショウジョウバエの対応する遺伝子の約 2 倍の大きさでした。また、ジンク フィンガーも追加されました。ジンク フィンガーは、タンパク質、DNA、RNA と直接相互作用する遺伝子の活性部分です。ソンディ氏は、ディスコ遺伝子の変化が、少なくとも部分的には、バラ色カエデ蛾が夜間飛行に変わった原因であると信じていました。

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ソンディ氏は、バラ色のカエデガのディスコ遺伝子とオークワームのディスコ遺伝子を比較したところ、両者を分ける 23 の変異を発見しました。これらの変異は遺伝子の活性部分に位置していたため、ガ間の目に見える身体的差異の一部にも寄与している可能性があります。

さらなる研究は、野生での遺伝子の変化の仕方や、分子レベルでの種分化の​​仕組みを科学者が理解するのに役立つかもしれない。