Mohli by pomôcť vysvetliť vývoj ikonického motýľa.
Motýle monarchy každoročne robia majestátnu migráciu zo severných končín Kanady až na pobrežie Mexického zálivu. Vedcov fascinuje niekoľko aspektov tejto tajomnej cesty, od ako formuje panovnícky vývoj do kde presne končia okrídlené potvorky. Nový výskum v denníku Príroda pomáha vysvetliť jeden aspekt tajomného putovania – ako si hmyz vyvinul schopnosť stať sa toxickým, čo mu bráni zožrať ho na ceste.
Ako húsenice, monarchovia papajú mliečnu trávu. Takáto strava by ochorela alebo dokonca zabila väčšinu zvierat; rastliny produkujú srdcové glykozidy, ktoré deaktivujú sodíkové pumpy, ktoré bunky používajú na reguláciu hladín soli. Pre organizmy so srdcom to môže viesť k zástave srdca. Ale monarchovia nikdy nestrávia toxíny. Namiesto toho, v procese nazývanom sekvestrácia, prenášajú srdcové glykozidy vo svojom tele, keď vytvárajú kukly, dospievajú na motýle a vzlietajú. Mliečne rastliny vyvinuli toxicitu presne tak, ako väčšina hmyzu nebude
jesť ich, takže schopnosť absorbovať ich silu dáva oranžovým motýľom – spolu s asi 20 ďalšími druhmi hmyzu – prístup k zdroju potravy bez veľkej konkurencie. Tiež ich robí toxickými pre prípadných predátorov.Nosenie jedu má aspoň nejaký vplyv na väčšinu týchto druhov a odolávanie vplyvu toxínu zaberá energiu, ktorú by mohli použiť na iné veci, ako je jedenie a rozmnožovanie. Monarchovia zvládajú mliečnu trávu lepšie ako ostatní a dať ovocným muškám rovnakú genetickú odolnosť by mohlo pomôcť odhaliť prečo.
Výskumníci použili CRISPR na úpravu troch mutácií do jediného génu ovocnej mušky, o ktorom je známe, že riadi sodíkovú pumpu. Dve z mutácií, ktoré zabraňujú naviazaniu srdcových glykozidov na pumpu, už boli študované na motýľoch monarchových. Ale tieto dve mutácie spôsobili, že ovocné mušky boli oveľa náchylnejšie na záchvaty a rýchlo zomreli. Pridanie tretej, predtým neidentifikovanej mutácie do mixu pomohlo kompenzovať zlé dopady ostatných dvoch.
Testovaním mutácií jednej po druhej „sú schopní skutočne prehrať pásku evolúcie,“ hovorí Marcus Kronforst, ekológ Chicagskej univerzity. Je to preto, že mutácie sa museli vyskytovať v špecifickej sekvencii, aby sa vyhli zabíjaniu múch predtým, ako im budú naplnené superschopnosti sekvestrujúce toxíny.
Trikrát zmutované „monarchové muchy“ sú rovnako odolné voči toxínom mliečnej buriny ako samotné motýle monarchy a 1000-krát menej citlivé ako ich divoké náprotivky. Toxín si so sebou prenášajú aj od štádia lariev (mláďatá majú tú smolu, že sú skôr červami ako húsenicami) až do dospelosti. Je to prvýkrát, čo niekto použil CRISPR na štúdium evolúcie skutočným vytvorením vývoj špecifickej vlastnosti – v tomto prípade odolnosti voči toxínom – v živom, mnohobunkovom organizme krok za krokom. Ale štúdium múch monarchových nemusí viesť k zovšeobecniteľným poznatkom o tom, ako sa tento proces vyvinul u všetkých 20 druhov hmyzu, ktoré majú túto vlastnosť, hovorí Peter Andolfatto, autor knihy dokument uverejnený v auguste ktorá používala rôzne techniky úpravy génov na opätovné vytvorenie rovnakej mutácie v ovocných muškách.
"Tieto tri miesta sa vyvinuli veľmi podobným spôsobom vo viacerých radoch hmyzu," hovorí, ale práca jeho tímu zistila, že poradie mutácií nie je vždy rovnaké. "Spôsob, akým to urobili monarchovia, nemusí byť reprezentatívny pre spôsob, akým to urobili iné skupiny."
Výskum neprišiel len na to, ako tieto tri mutácie spolupracujú, aby umožnili muchám monarchom jesť inak jedovatú mliečnu trávu. „Tiež demonštruje nevyhnutný prvý krok k tomu, aby sa „monarchové muchy“ samy stali toxickými,“ píše Naomi Pierce, biologička, ktorá študuje motýle na Harvardskej univerzite. Populárna veda. "Je to naozaj krásny papier."
Ale napriek tomu je to tiež varovný príbeh o zvieratách CRISPRing, hovorí biológ a autor štúdie Noah Whiteman z Kalifornskej univerzity. Ovocné mušky, dokonca aj s tromi mutáciami, sú veľmi citlivé na vonkajší pohyb: Ak buchnete do skúmavky, do ktorej lietajú, spadnú a trvá im takmer dve minúty, kým sa opäť dostanú do vzduchu. Whiteman a jeho tím pracujú na tom, aby zistili, prečo to neplatí pre motýle monarchy. Je možné, že muchy majú mimocieľové mutácie, hovorí, čo znamená, že CRISPR upravil niektoré zatiaľ neidentifikované náhodné gény spolu s tými, ktoré sa jeho tím snažil vyladiť. Je to ostrá pripomienka, že od toho máme ďaleko riešenie všetkých problémov nášho vlastného druhu s genetickým inžinierstvom. Aj keď majú neuveriteľnú schopnosť žiť z mliečnej trávy, Whiteman hovorí, „sú to veľmi choré muchy“.
Tento článok bol aktualizovaný, aby obsahoval komentár od autora podobnej štúdie.
