Jedwab, królowa włókien, jest wyciągany lub nawijany z kokonów ćmy jedwabnej (Bombyx Mori). Ludzie udomowili go ponad 5000 lat temu w Chinach z dzikiej ćmy (Mandarynka Bombyx). Ćma przodków występuje dziś w Chinach, na Półwyspie Koreańskim, w Japonii i na Dalekim Wschodzie Rosji, natomiast ćma udomowiona jest hodowana na całym świecie, w tym w Indiach. W rzeczywistości Indie są drugim co do wielkości producentem surowego jedwabiu na świecie, po Chinach.

Gąsienice, zwane także jedwabnikami, obu tych gatunków żywią się wyłącznie liśćmi roślin morwy (rodzaj Morusa). Udomowiona ćma jest znacznie większa od swojej dzikiej przodkini, dlatego wytłacza dłuższe włókno jedwabiu, z którego buduje swój większy kokon o długości do 900 metrów. Ale jego przetrwanie i reprodukcja zależy całkowicie od ludzkiej troski. Od czasu udomowienia utracił zdolność latania, a ponieważ nie potrzebuje już kamuflażu, utracił także pigmentację gąsienicy i stadium dorosłego.

Karotenoidy i flawonoidy

„Dzikie” jedwabie – do których należą jedwabie muga, tasar i eri – uzyskuje się z innych gatunków ćm, a mianowicie: Antheraea assama, Antheraea mylittaI Samia Cynthia Ricini. Ćmy te przeżywają stosunkowo niezależnie od opieki człowieka, a ich gąsienice żerują na szerszej gamie drzew. Jedwabie inne niż morwowe stanowią około 30% całego jedwabiu produkowanego w Indiach. Te jedwabie mają krótsze, grubsze i twardsze nici w porównaniu do długich, delikatnych i gładkich nici jedwabiu morwowego.

Prastara ćma morwowa tworzy (nudnie jednolite) brązowo-żółte kokony. Dla kontrastu, udomowione kokony ćmy jedwabnej występują w przyciągającej wzrok palecie żółto-czerwonej, złotej, miąższowej, różowej, bladozielonej, ciemnozielonej lub białej. Opiekunowie ludzi wybierali kokony o różnych kolorach za każdym razem, gdy się pojawiały, prawdopodobnie w nadziei na hodowlę kolorowego jedwabiu. Ale byli rozczarowani: pigmenty zabarwiające kokony są rozpuszczalne w wodzie, więc stopniowo zanikają. Zamiast tego kolorowe jedwabie, które widzimy na rynku, są produkowane przy użyciu barwników kwasowych.

Dziś wiemy, że pigmenty kokonu pochodzą ze związków chemicznych zwanych karotenoidami i flawonoidami, które powstają w liściach morwy. Jedwabniki żerują żarłocznie na liściach, wchłaniają substancje chemiczne w jelicie środkowym i transportują je przez hemolimfę – odpowiednik krwi stawonogów – do gruczołów jedwabnych, gdzie są pobierane i wiązane z białkami jedwabiu. Dojrzałe gąsienice następnie przędzą białka jedwabiu i związany z nimi pigment w jedno włókno. Gąsienica owija wokół siebie włókno, tworząc kokon.

Mutant wykorzystuje cenny zasób

Dorosła ćma wykluwa się (lub wychodzi) z kokonu. W procesie tym włókno pęka w wielu miejscach. Jedwab najwyższej jakości pochodzi jednak z nieprzerwanego włókna, dlatego do nawijania używa się niewyklutych kokonów. Trwa tu kontrowersyjna debata „ekonomia kontra etyka” na temat stworzenia gatunku całkowicie zależnego od ludzi (którego niewyklute kokony topimy w gorącej wodzie, aby uzyskać jedwab lepszej jakości), ale to temat na inny artykuł.

Różnokolorowe kokony powstają w wyniku mutacji w genach odpowiedzialnych za pobieranie, transport i modyfikację karotenoidów i flawonoidów. Zmutowane szczepy stały się dla naukowców cennym źródłem do badania molekularnych podstaw tego, jak w stosunkowo krótkim okresie 5000 lat sztuczna selekcja wygenerowała tak spektakularną różnorodność.

Badania nad udomowieniem jedwabiu prowadzono w dużej mierze w Chinach i Japonii, chociaż naukowcy z Indii (m.in. z Centrum Odcisków Palców i Diagnostyki DNA w Hyderabad, gdzie pracował ten autor) również wnieśli istotny wkład.

Kombinacje kryjące się za kolorami

To powiedziawszy, na początku tego roku naukowcy z Southwest University w Chongqing w Chinach zaproponowali model wyjaśniający różnicę kombinacje mutacji powodują różne kolory kokonów.

Odkryli, że do uformowania żółto-czerwonego kokonu potrzebne są: Y gen kodujący białko transportujące karotenoidy z jelita środkowego do gruczołów jedwabnych. Inne geny (C, F, RcI Pk) kodują białka, które selektywnie absorbują określone karotenoidy. Mutacje w jednym lub większej liczbie tych genów dają kokony żółte, cieliste, rdzawe i różowe. Jeśli Y gen jest zmutowany, flawonoidy są wchłaniane, ale karotenoidy nie, w wyniku czego powstają zielone kokony.

Co więcej, to, czy zieleń jest ciemna czy jasna, zależy od tego, czy geny innych białek, które zwiększają wychwyt flawonoidów, są normalne czy zmutowane. Jeśli zarówno karotenoidy, jak i flawonoidy nie zostaną wchłonięte, kokony pozostaną białe. Naukowcy wykazali, że za wchłanianie flawonoidów odpowiada skupisko pięciu blisko spokrewnionych genów.

Gen zwany apontycznym

Udomowione i przodkowe ćmy jedwabne morwowe można krzyżować, aby uzyskać potomstwo hybrydowe. W zeszłym roku naukowcy z Uniwersytetu Tokijskiego i Uniwersytetu Columbia w Nowym Jorku stworzyli takie ćmy hybrydowe, a następnie specyficznie zmutowali albo ich B. mori– Lub B. mandaryna-pochodząca kopia genu tzw apontyczny.

Gąsienice hybrydowe, podobnie jak ich dzicy rodzice, wytwarzały pigment zwany melaniną. Ale kiedy B. mandaryna-pochodna kopia apontyczny został zmutowany, hybryda nie wytwarzała melaniny. (To nie miało miejsca, gdy B. morikopia została jednak zmutowana.) Konsekwencją było to, że był to udomowiony jedwabnik apontyczny gen utracił zdolność wspomagania produkcji melaniny.

Obie wersje apontyczny gen wytwarza to samo białko. Dlatego różnicę między nimi można przypisać różnicom w sekwencjach regulujących, kiedy i gdzie gen został włączony lub wyłączony.

Gen po genie

Jedwab jest szczytem udomowienia, porównywalnym pod względem sukcesu z ryżem basmati, mango Alphonso i golden retrieverem. Obecnie naukowcy mają pod ręką narzędzia umożliwiające tworzenie i porównywanie genetycznie identycznych hybrydowych ćm jedwabnych, które różnią się jedynie tym, która z dwóch wersji rodzicielskich genu jest inaktywowana: udomowiona czy przodkowa.

To otwiera drogę naukowcom do opracowania – gen po genie – wszystkich kluczowych etapów, które doprowadziły do ​​udomowienia ćmy jedwabnej. Mamy nadzieję, że pewnego dnia podobne techniki będą dla nas dostępne do analizy udomowienia ryżu, mango i psów.

DP Kasbekar jest emerytowanym naukowcem.