單個(gè)遺傳開(kāi)關(guān)改變了蝴蝶翅膀的顏色

Heliconius蝴蝶是一個(gè)多樣化和豐富多彩的物種，生活在中美洲和南美洲的熱帶地區(qū)。他們中的許多人都有模仿其他物種的翅膀圖案和顏色，以保護(hù)自己免受掠食者的攻擊。芝加哥大學(xué)的科學(xué)家們進(jìn)行的一項(xiàng)新研究表明，在一個(gè)物種Heliconius cydno中，只有一個(gè)基因可以控制蝴蝶是否有白色或黃色斑點(diǎn)。它的翅膀。

為了進(jìn)行10月25日發(fā)表在當(dāng)代生物學(xué)研究中的研究，研究人員利用白色和黃色的H. cydno 蝴蝶開(kāi)發(fā)了一個(gè)遺傳圖譜。然后，他們研究了基因組序列，以確定一個(gè)名為aristaless1(al1)的基因，該基因作為黃色和白色著色的開(kāi)關(guān)。

與H. cydno密切相關(guān)的大多數(shù)Heliconius 物種的翅膀上有黃色斑點(diǎn); H. cydno有亞種黃色或白色。研究人員發(fā)現(xiàn)，帶有白色斑點(diǎn)的蝴蝶具有升高的al1表達(dá)(即它被“打開(kāi)”)，這意味著它可能在抑制黃色色素沉著產(chǎn)生中發(fā)揮作用。使用CRISPR / Cas9基因編輯工具，科學(xué)家證實(shí)了al1的這種功能。當(dāng)他們?cè)诤呐咛ブ袑⑺鼡舻?或關(guān)掉)時(shí)應(yīng)該是白色的，那些蝴蝶會(huì)產(chǎn)生黃色斑點(diǎn)。

“幾十年來(lái)，人們一直在對(duì)這些蝴蝶進(jìn)行交叉繁殖，他們知道這種白色與黃色的轉(zhuǎn)換位于基因組中的一個(gè)位置。他們只是無(wú)法將其追溯到單個(gè)基因的作用，”Marcus Kronforst說(shuō)道。，博士，生態(tài)學(xué)和進(jìn)化學(xué)副教授，該研究的高級(jí)作者。

“現(xiàn)在有了CRISPR，我們可以將基因敲出去看看會(huì)發(fā)生什么。事實(shí)證明，這里的進(jìn)化創(chuàng)新不是一種獲得色素的物種，而是開(kāi)啟一種基因來(lái)抑制祖先存在的色素，”他說(shuō)。

Kronforst和他的團(tuán)隊(duì)還通過(guò)比較al1的H. cydno版本與其他密切相關(guān)的Heliconius物種的遺傳差異來(lái)追蹤這種顏色模式的進(jìn)化歷史。該基因的白色版本似乎是一個(gè)相對(duì)較新的發(fā)展。雖然H. cydno是第一個(gè)發(fā)育白色形態(tài)的物種，但是有交叉繁殖的跡象，以后將白色引入其他物種。

還有證據(jù)表明，相同的基因可能與顏色的交配偏好有關(guān)。白色H. cydno雄性更喜歡有白色斑點(diǎn)的雌性; 黃色雄性同樣喜歡黃色雌性?？茖W(xué)家早就知道，H. cydno的顏色模式和配偶偏好的基因位于基因組的同一區(qū)域。

“現(xiàn)在我們知道了顏色的分子基礎(chǔ)，我們可以開(kāi)始詢(xún)問(wèn)偏好是如何與它相關(guān)聯(lián)的，”Kronforst說(shuō)。“它們是兩個(gè)基因彼此靠近或者是莫名其妙的相同基因做兩份工作?”

雖然Kronforst和他的團(tuán)隊(duì)還不知道配偶偏好是否由al1或附近的其他基因控制，但近距離可能是Heliconius物種多樣性的原因。

“無(wú)論是驅(qū)動(dòng)它的自然選擇，還是只是這兩件事情聯(lián)系在一起的可能性，這可能是我們擁有如此多樣化的蝴蝶群體的部分原因，”他說(shuō)。“當(dāng)顏色的顏色和偏好連在一起時(shí)，它會(huì)使這些東西快速地一起演變。”

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