Ilmuwan Memecahkan Misteri Evolusi Warna Sayap Kupu-Kupu dan Ngengat

Variasi warna sayap kupu-kupu dan ngengat, yang telah lama dikaitkan dengan gen korteks, sebenarnya dikendalikan oleh microRNA, dunia-193yang menekan gen pigmentasi. Penemuan ini, dilestarikan secara menyeluruh[{” attribute=”” tabindex=”0″ role=”link”>species, highlights the crucial role of non-coding RNAs in phenotypic diversity.

Butterflies and moths (lepidopterans) display an extraordinary variety of wing color patterns, with many species showcasing black-and-white or dark-and-bright variations due to the presence or absence of melanin. These variations often serve as classic examples of natural selection and evolution. Notable cases include the rapid rise of the melanic form of the British peppered moth (Biston betularia), which adapted to the soot-darkened environment of the late 19th-century United Kingdom during industrialization, and the mimetic diversity of Heliconius butterflies.

While the ecological factors driving the evolution of melanin-based wing patterns are often well understood, the genetic and developmental mechanisms underlying these coloration changes have remained less clear.

How do butterflies and moths paint their wings either black or white?

Over the past two decades, scientists discovered that the majority of melanic wing color variants are controlled by a single genomic region surrounding the protein-coding gene ‘cortex’. It was assumed, then, that cortex was the melanic color switch. A team of international researchers from Singapore, Japan, and the United States of America, led by Professor Antónia MONTEIRO and Dr Shen TIAN from the Department of Biological Sciences at the National University of Singapore (NUS), discovered that cortex does not affect melanic coloration. Instead, a previously ignored microRNA (miRNA), is the actual color switch.

The findings were published in the journal Science on 5 December 2024.

Dr Tian, the lead author of this work said, “Piles of evidence from previous studies cast doubt on whether cortex was really the melanic color switch, which inspired me to test the function of some other genomic features within this genomic region – miRNAs.” He conducted this research work as a PhD/postdoctoral researcher in Professor Monteiro’s laboratory at NUS, and is now a postdoctoral researcher at Duke University, USA.

Klip video yang menunjukkan penelitian yang dilakukan oleh tim, menyoroti pendekatan dan temuan utama mereka. Kredit: NUS
“MiRNA berukuran kecil RNA molekul yang tidak mengkode protein seperti kebanyakan gen, namun memainkan peran penting dalam regulasi gen dengan menekan ekspresi gen target,” tambah Dr Tian.

Dalam penelitian ini, Dr Tian dan rekannya menemukan miRNA yang terletak di sebelahnya korteks, dunia-193. Tim terganggu dunia-193 menggunakan alat pengeditan gen CRISPR-Cas9 pada tiga garis keturunan kupu-kupu yang sangat berbeda. Gangguan total dunia-193 menghilangkan warna sayap hitam dan gelap pada kupu-kupu coklat semak menyipit Afrika, Sepeda anynana, kupu-kupu putih kubis India, Pieris kanidiadan kupu-kupu Mormon pada umumnya, Papilio sopan. Sebaliknya, mengganggu korteks dan tiga gen penyandi protein lainnya dari wilayah genom yang sama B.anana tidak berpengaruh pada warna sayap. Hal ini menunjukkan bahwa dunia-193bukan korteks atau gen terdekat lainnya, adalah pengatur warna melanik utama pada Lepidoptera ini.

Pandangan Lebih Dalam dunia-193 dan Signifikansi Evolusionernya

Tim lebih lanjut menegaskan hal itu dunia-193 diproses dari RNA panjang yang tidak mengkode protein, gadingdan berfungsi dengan secara langsung menekan beberapa gen pigmentasi. Sejak urutan dunia-193 sangat dilestarikan tidak hanya di Lepidoptera tetapi juga di seluruh dunia hewan, tim juga menguji perannya dunia-193 di dalam Drosophila lalat. Heran, dunia-193 juga ditemukan mengendalikan warna melanik pada lalat-lalat ini, menunjukkan peran yang sangat dilestarikan dunia-193 melampaui Lepidoptera.

Prof Monteiro berkata, “Sementara penelitian sebelumnya secara eksklusif berfokus pada peran korteks dalam menghasilkan variasi warna melanik, karya ini membawa perubahan pada hipotesis lama ini dan menunjukkan bahwa RNA kecil yang mengkode non-protein adalah saklar yang, baik diekspresikan atau tidak, menghasilkan beragam variasi warna sayap melanik di alam. .”

“Studi ini menunjukkan bahwa RNA pengkode non-protein yang beranotasi buruk, seperti miRNA, tidak boleh diabaikan dalam studi hubungan genotipe-fenotipe, karena jika tidak, hal ini akan mengarah pada kesimpulan yang menyesatkan,” tambah Prof Monteiro.

Dr Tian berkata, “Peran RNA non-coding dalam diversifikasi fenotipik sebagian besar masih belum dipahami. Studi ini mendorong penyelidikan lebih lanjut tentang bagaimana RNA non-coding seperti miRNA dapat berkontribusi terhadap diversifikasi fenotipik dalam organisme.”

Referensi: “MicroRNA adalah gen efektor dari lokus hotspot evolusioner klasik” oleh Shen Tian, ​​​​Yoshimasa Asano, Tirtha Das Banerjee, Shinya Komata, Jocelyn Liang Qi Wee, Abigail Lamb, Yehan Wang, Suriya Narayanan Murugesan, Haruhiko Fujiwara, Kumiko Ui -Tei, Patricia J. Wittkopp dan Antónia Monteiro, 5 Desember 2024, Sains.
DOI: 10.1126/science.adp7899