Международная команда ученых расшифровала геном тропической бабочки-монарха, что позволит понять, как эти насекомые мигрируют с одной половины континента на другую, преодолевая по 2 тысячи километров пути, и не теряются во время своего путешествия.

Стивен Репперт (Steven Reppert) из Университета штата Массачусетс в городе Амхерст (США) и его коллеги опубликовали черновую версию генома и предварительные выводы в статье в журнале Cell.

Североамериканская бабочка-монарх (Danaus plexippus) принадлежит к числу насекомых, мигрирующих на далекие расстояния. Летом эти бабочки и их личинки предпочитают обитать в умеренных и субтропических регионах Соединенных штатов, а осенью и зимой они мигрируют в южные пределы Мексики и других стран Центральной Америки.

Известны случаи, когда монархи перелетали на другие континенты – некоторые бабочки были замечены в южной Британии, на российском Дальнем Востоке, в Австралии и на Гавайских островах.

Репперт и его коллеги выяснили, что в геноме бабочки-монарха содержится около 16,8 тысячи генов, кодирующих белки. По оценкам ученых, 14% из них являются уникальными и не встречаются в геноме ближайших родственников этих насекомых – тутовом шелкопряде (Bombyx mori).

В тоже время, монархи и шелкопряды сохранили 8,2 тысячи идентичных генов, 70% нуклеотидов в которых полностью совпадают. Относительно небольшое сходство по сравнению с другими отрядами насекомых указывает на высокую скорость эволюции чешуекрылых бабочек относительно других видов членистоногих.

Затем биологи изучили гены, уникальные для бабочек-монархов. Сначала авторы статьи обратили внимание на участки ДНК, управляющие сборкой и работой белков глаз.

Как и ожидалось, гены органов зрения у бабочек-монархов сильно отличаются от аналогичного набора фрагментов ДНК в геномах мушек-дрозофил и тутовых шелкопрядов. Оказалось, что бабочки лишены части генов дрозофил, отвечающих за сборку фотопреобразователей и за развитие линз в фасеточных глазах мушки.

Ученые выделили 39 генов, отвечающих за работу системы навигации «межконтинентальной» бабочки – ее «солнечный компас». Считается, что монархи используют Солнце в качестве компаса, ориентируясь на поляризацию света и положение нашего светила на небосводе.

После этого Репперт и его коллеги изучили и описали набор генов, отвечающих за сборку и управление концентрацией так называемого ювенильного гормона – вещества, которое заведует ростом личинок и наступлением сезона размножения среди взрослых особей. Уменьшение концентрации этого гормона при наступлении осени останавливает половое развитие бабочек, но помогает им пережить несколько месяцев миграции.

Кроме того, биологи нашли причину устойчивости монархов к яду растений, которыми они питаются.

Оказалось, что бабочки и гусеницы являются носителями модифицированного гена, управляющего работой калий-натриевого насоса – механизма «зарядки» нейронов. Замена одной аминокислоты сделала яд растений абсолютно безвредным для бабочки.

В последующих исследованиях ученые планируют выделить гены, общие для бабочек-монархов и других видов мигрирующих животных – птиц и млекопитающих.