Zkoumání původu průmyslového melanismu - vědci z Přírodovědecké fakulty spoluatory článku v prestižním časopise Science

Spoluautory článku Industrial Melanism in British Peppered Moths Has a Singular and Recent Mutational Origin (Průmyslový melanismus u britských drsnokřídleců březových má původ v jediné nedávné mutaci) jsou prof. RNDr. František Marec, CSc., a Mgr. Martina Dalíková z Přírodovědecké fakulty Jihočeské univerzity a Biologického centra AV ČR, v.v.i.

Anotace článku (prof. RNDr. František Marec, CSc.):

Průmyslový melanismus byl popsán v 19. století v Anglii, kdy se během Průmyslové revoluce objevily u řady můr s kryptickým zbarvením, připomínajícím světlou kůru listnatých stromů, černé (melanické) formy, které lépe splynuly se silně znečištěným prostředím a byly tak méně nápadné pro ptačí predátory. Učebnicovým příkladem této rychlé evoluční odpovědi (selekce) na drastické změny životního prostředí se stal drsnokřídlec březový (Biston betularia), motýl z čeledi píďalkovitých (Geometridae).

První oficiální záznam zcela melanické formy drsnokřídlece březového, nazvané carbonaria, pochází z okolí Manchesteru z roku 1848. Tato forma se velmi rychle šířila v průmyslových částech Anglie a během 50 let téměř úplně vytlačila původní světlou formu, zvanou typica. V roce 1898 již tvořila 95% populace v nejvíce znečištěných oblastech Velké Británie. Teprve po přijetí legislativy na snížení znečištění ovzduší v 60. letech minulého století začal výskyt formy carbonaria klesat z 95% na asi 82% v roce 1975. V dnešní době je její výskyt ve Velké Británii spíše raritou.

Je pochopitelné, že výzkumu genetické podstaty formy carbonaria byla věnována velká pozornost. Avšak navzdory tomu, že se mezi genetiky a evolučními biology stala "celebritou", se pouze podařilo zjistit, že carbonaria je řízena dominantní mutací neznámého genu. Dokonce ani nedávné testování 16 známých melanických genů hmyzu kolegy z University v Liverpoolu nevedlo k jeho odhalení.

Naše laboratoř se od roku 2008 podílí na projektu týmu Ilika Saccheriho z University v Liverpoolu, zabývajícího se detailním mapováním genomu drsnokřídlece březového. Teprve tento výzkum přinesl nové zásadní poznatky o genetické podstatě mutace carbonaria. Kolegové z Liverpoolu identifikovali molekulární markery v těsné vazbě s mutací carbonaria a analýzou DNA velkého množství odchycených jedinců i muzejních exemplářů obou forem, původní typica a mutantní carbonaria, prokázali, že všechny anglické exempláře carbonaria mají společný původ a že tato forma vznikla jedinou mutační změnou. Vazebným mapováním též prokázali, že gen carbonaria leží v oblasti genomu odpovídající chromosomu 17 modelového druhu bource morušového (Bombyx mori). V naší laboratoři jsme pak identifikovali homologní chromosom 17 u drsnokřídlece a lokalizovali oblast genu carbonaria pomocí fluorescenční in situ hybridizace (FISH) s molekulární sondou, připravenou z bakteriálního umělého chromosomu (BAC) genomové knihovny drsnokřídlece. Společná publikace, uveřejněná v prestižním časopise Science, tedy dokazuje, že mutace carbonaria vznikla nově jedinou relativně nedávnou mutační událostí v Anglii a je řízena novým, dosud pro vědu neznámým melanickým genem. Naše práce však vymezila jeho lokalizaci na relativně malou oblast chromosomu 17 (cca 200 kilobází DNA). Tato oblast se shoduje s genomovou oblastí jiných motýlů, kde jsou dle současných studií lokalizovány hlavní regulační geny vzoru křídel motýlů.

Abstrakt článku Industrial Melanism in British Peppered Moths Has a Singular and Recent Mutational Origin