Киноварь и киноварь участвуют в биосинтезе оммохромного пигмента в глазах, но не в крыльях бабочек Bicyclus Anynana.

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 9368 (2023) Цитировать эту статью

Подробности о метриках

Если один и тот же пигмент обнаруживается в разных тканях организма, естественно предположить, что в каждой ткани одинаково задействованы одни и те же метаболические пути. Здесь мы показываем, что это не относится к оммохромам, красным и оранжевым пигментам, обнаруженным в глазах и крыльях бабочек. Мы проверили экспрессию и функцию киновари и киновари, двух известных генов мух в оммохромном пути, в развитии пигментов в глазах и крыльях бабочек Bicyclus Anynana, причем оба признака имеют красноватые/оранжевые пигменты. Используя флуоресцентную гибридизацию in-situ (HCR3.0), мы локализовали экспрессию киновари и киновари в цитоплазме пигментных клеток омматидий, но не обнаружили четкой экспрессии ни одного гена на крыльях личинки и куколки. Затем мы нарушили функцию обоих генов с помощью CRISPR-Cas9, что привело к потере пигмента в глазах, но не в крыльях. Методами тонкослойной хроматографии и УФ-видимой спектроскопии выявлено наличие оммохрома и предшественников оммохрома в оранжевых чешуйках крыльев и в гемолимфе куколок. Мы пришли к выводу, что крылья либо синтезируют оммохромы локально с помощью еще не идентифицированных ферментов, либо включают эти пигменты, синтезированные где-то еще из гемолимфы. Таким образом, разные метаболические пути или механизмы транспорта приводят к присутствию оммохромов в крыльях и глазах бабочек B. Anynana.

Оммохромы — это красные/оранжевые пигменты, встречающиеся у различных видов и выполняющие разнообразные функции. Они присутствуют в пигментсодержащих клетках ракообразных, пауков и насекомых и играют важную роль в формировании цветового рисунка, зрительной фильтрации, защите от ультрафиолета и детоксикации триптофана1. Оммохромы, обнаруженные в пигментных клетках омматидий насекомых, оптической единице глаз насекомых, играют важную роль в защите фоторецепторных клеток и в общей пигментации глаз1,2,3. Оммохромы, обнаруженные в пятнах красного и оранжевого цвета на крыльях бабочек, таких как бабочки Elymnias Hypermnestratinctoria4, Junonia coenia5,6 и Agraulis vanilla7, вероятно, служат сигнальной ролью привлечения партнера или избегания хищников.

Оммохромы производятся посредством пути биосинтеза оммохромов, ферменты которого в основном изучались на глазах модельных систем насекомых, таких как Drosophila melanogaster8, Tribolium castaneum9, Aedes aegypti10 и чешуекрылые Bombyx mori11 и Plutella xylostella12. По этому пути аминокислота триптофан превращается в пигменты ксантомматин и дигидроксантомматин, цвет которых может быть от желтого до красного в зависимости от восстанавливающей среды клетки13. У дрозофилы четыре ключевых гена, кодирующих различные ферменты этого пути, включают киноварь, кинуренинформамидазу (кфазу), киноварь и кардинал12. После того, как триптофан включается в пигментные клетки с помощью предполагаемого переносчика монокарбоксилата кармоизина14, киноварь кодирует триптофаноксигеназу, которая превращает триптофан в формилкинуренин15. кинуренинформамидаза (kfase) кодирует одноименный фермент, который превращает формилкинуренин в кинуренин16. киноварь кодирует кинуренин-3-гидроксилазу, которая превращает кинуренин в 3-гидроксикинуренин12. Наконец, кардинал кодирует феноксазинонсинтетазу, которая катализирует превращение 3-гидроксикинуренина в ксантомматин (оранжевый), который в дальнейшем может превращаться в дигидроксантомматин (красный) в восстановительных химических условиях13.

Некоторые из тех же генов, кодирующих оммохромные ферменты, предшественники метаболитов оммохрома и регулятор транскрипционного фактора оммохрома глаза также были идентифицированы в крыльях нескольких видов нимфалидных бабочек. У Vanessa cardui триптофан включен в красные и бежевые домены крыла17, а экспрессия как киновари, так и киновари присутствует в пигментированных красными участками развивающихся крыльев Heliconius Erato18. Более поздние исследования определили optix как один из ключевых факторов транскрипции, регулирующих наличие оммохромных пигментов у бабочек19, поскольку его нокаут приводил к потере красной и оранжевой цветовой пигментации у многих видов бабочек, а также к снижению регуляции оммохрома. гены, связанные с путями, в крыльях20. Однако непосредственная роль киновари и киновари в производстве оммохромных пигментов в крыльях бабочек не исследована.