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Apr 26, 2023

주홍색과 진사는 눈의 색색소 생합성에 관여하지만 Bicyclus anynana 나비의 날개에는 관여하지 않습니다

과학 보고서 13권,

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 9368(2023) 이 기사 인용

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동일한 색소가 신체의 다른 조직에서 발견되면 동일한 대사 경로가 각 조직에서 유사하게 전개된다고 가정하는 것이 당연합니다. 여기서 우리는 이것이 나비의 눈과 날개에서 발견되는 빨간색과 주황색 색소인 색색소의 경우가 아니라는 것을 보여줍니다. 우리는 눈과 비시클러스 아냐나(Bicyclus anynana) 나비의 날개 색소 발달에서 색색 경로에 있는 두 개의 알려진 파리 유전자인 주홍색과 진사(두 가지 모두 붉은색/주황색 색소를 갖는 특성)의 발현과 기능을 테스트했습니다. 형광 in-situ 혼성화(HCR3.0)를 사용하여 우리는 ommatidia의 색소 세포의 세포질에서 주홍색과 진사의 발현을 국한시켰지만 애벌레와 번데기 날개에서 두 유전자에 대한 명확한 발현은 관찰되지 않았습니다. 그런 다음 CRISPR-Cas9를 사용하여 두 유전자의 기능을 방해했는데, 그 결과 눈에서는 색소가 손실되었지만 날개에서는 손실이 발생하지 않았습니다. 박층 크로마토그래피와 UV-vis 분광학을 사용하여 우리는 주황색 날개 비늘과 번데기의 혈림프에서 색색소 및 색색소 전구체의 존재를 확인했습니다. 우리는 날개가 아직 확인되지 않은 효소를 사용하여 국소적으로 색색소를 합성하거나 혈림프의 다른 곳에서 합성된 이러한 색소를 통합한다고 결론을 내립니다. 따라서 다양한 대사 경로 또는 수송 메커니즘으로 인해 B. anynana 나비의 날개와 눈에 색색소가 존재하게 됩니다.

옴모크롬은 다양한 기능을 수행하는 다양한 종에서 발견되는 빨간색/주황색 색소입니다. 이들은 갑각류, 거미 및 곤충의 색소 함유 세포에 존재하며 색상 패턴화, 시각적 필터링, UV 차단 및 트립토판 해독에 중요한 역할을 합니다1. 곤충 눈의 광학 단위인 곤충 눈의 색소 세포에서 발견되는 색색소는 광수용체 세포 보호 및 눈의 전반적인 색소 침착에 중요한 역할을 합니다1,2,3. Elymnias hypermnestra Tinctoria4, Junonia coenia5,6 및 Agraulis 바닐라7 나비와 같은 나비 날개의 빨간색과 주황색 패치에서 발견되는 색색소는 짝 유인 또는 포식자 회피 신호 역할을 할 가능성이 높습니다.

옴모크롬은 옴모크롬 생합성 경로를 통해 생산되며, 그 효소는 Drosophila melanogaster8, Tribolium Castaneum9, Aedes aegypti10, 나비목 Bombyx mori11 및 Plutella xylostella12와 같은 곤충 모델 시스템의 눈에서 주로 연구되었습니다. 이 경로에서 아미노산 트립토판은 세포의 환원 환경에 따라 노란색에서 빨간색으로 변할 수 있는 색소 크산토마틴과 디하이드로-크산토마틴으로 전환됩니다13. Drosophila에서 이 경로의 다양한 효소를 코딩하는 4가지 주요 유전자에는 vermilion, kynurenine formamidase(kfase), cinnabar 및 Cardinal이 포함됩니다12. 트립토판이 추정되는 모노카르복실산 운반체인 카르모이신에 의해 색소 세포에 통합된 후, 버밀리온은 트립토판을 포르밀키누레닌으로 전환시키는 트립토판 산소효소를 암호화합니다. 키누레닌 포르마미다제(kfase)는 포르밀키누레닌을 키누레닌16으로 전환시키는 시조 효소를 암호화합니다. 진사(cinnabar)는 키누레닌을 3-하이드록시키누레닌으로 전환시키는 키누레닌 3-하이드록실라제를 암호화합니다12. 마지막으로, Cardinal은 3-hydroxykynurenine을 xanthommatin(주황색)으로 전환하는 것을 촉매하는 phenoxazinone 합성효소를 암호화하며, 이는 환원적 화학적 조건에서 dihydro-xanthommatin(빨간색)으로 추가로 전환될 수 있습니다13.

동일한 색색소 효소 코딩 유전자, 색색소 대사산물 전구체, 눈 색색소 전사 인자 조절자 중 일부가 몇몇 님팔나비 종의 날개에서도 확인되었습니다. Vanessa Cardui에서는 트립토판이 날개의 빨간색과 베이지색 영역에 통합되어 있으며17 발달 중인 Heliconius erato 날개의 빨간색 색소 영역에 주홍색과 진사색의 발현이 모두 존재합니다18. 이후 연구에서는 Optix가 나비의 색소 색소 존재를 조절하는 주요 전사 인자 중 하나로 확인되었습니다19. Optix의 녹아웃으로 인해 여러 종의 나비에서 빨간색과 주황색 색소가 손실되고 색소 색소의 하향 조절이 발생하기 때문입니다. 날개의 경로 관련 유전자20. 그러나 나비 날개에서 색색소를 생성하는 주홍색과 진사의 직접적인 역할은 아직 테스트되지 않았습니다.