将飞蛾变黑的基因开关也会使蝴蝶变色

研究人员发现，同样的基因使热带蝴蝶能够模仿彼此明亮多彩的图案，这也导致英国飞蛾在工业革命的污垢中变黑。在由剑桥大学和谢菲尔德大学的学者领导的研究小组“ 自然 ”杂志上写道，一种快速发展的基因“皮质”似乎在决定蝴蝶翅膀的颜色和图案方面起着关键作用。利物浦大学的研究人员在同一期刊上发表的一篇平行论文表明，同样的基因也导致胡椒蛾在19世纪中期变黑，当时它发展为寻找伪装自己的新途径; 当时工业污染的副作用。

该发现提供了关于遗传学如何在使进化成为可预测过程中发挥作用的线索。由于研究人员尚未完全理解的原因，皮质基因有助于调节蝴蝶和飞蛾的细胞分裂，已经成为自然选择作用于翅膀颜色和图案的主要目标。

剑桥大学进化生物学教授，圣约翰学院院士Chris Jiggins说：“令人兴奋的是，在两种情况下它都是同一个基因。对于飞蛾来说，黑色着色是因为他们正在尝试隐藏，但蝴蝶使用鲜艳的颜色来宣传它们对捕食者的毒性。它提出了一个问题，即鉴于蝴蝶和飞蛾的多样性，以及制造翅膀所涉及的数百个基因，为什么每次都这样做?

来自谢菲尔德大学的NERC研究员Nicola Nadeau博士补充说：“令人惊奇的是，同一基因控制着蝴蝶和飞蛾中不同颜色和模式的多样性。我们的研究以及利物浦大学的研究结果，表明皮质基因对这整组昆虫的颜色和模式进化很重要。“

蝴蝶和蛾类包括被称为鳞翅目昆虫的昆虫。几乎所有的160,000种蛾和17,000种蝴蝶都有不同的翅膀图案，适用于吸引配合，发出警告，伪装(也称为“隐藏”)和热调节等目的。这些翼形图案实际上是由像屋顶上的瓷砖一样排列的微小色鳞片组成。虽然它们已被生物学家研究了一个多世纪，但控制它们发展的分子机制才刚刚开始被发现。

胡椒蛾是通过自然选择进化的最着名的例子之一。直到19世纪，胡椒蛾主要是浅色的，并用它来掩盖地衣覆盖的树干，使它们几乎看不到掠食者。

然而，在工业革命期间，该国部分地区的树木上的地衣被污染所杀死，烟灰使树干变黑。在胡椒蛾中也发生了相应的变化，这些蛾也变黑了，帮助它们保持被鸟类伪装。这个过程被称为工业黑色素 - 黑色素，意味着深色色素沉着的发展。

利物浦领导的研究小组发现，这种颜色变化是由皮质基因突变产生的，这种突变发生在19世纪中期，就在第一次报告发现黑胡椒蛾之前。然而，令人着迷的是，剑桥 - 谢菲尔德的研究现在已经证明，完全相同的基因也会影响Heliconius的极其明亮和多彩的图案- 这是南美洲发现的大约40种不同密切相关的美丽热带蝴蝶的名称。

Heliconius颜色模式用于向潜在捕食者发送信号，如果食用，蝴蝶是有毒的，不同类型的Heliconius蝴蝶通过使用其鲜艳的颜色作为警告信号来模仿彼此。与胡椒蛾的深色着色不同，因此它是一种有待观察的进化发展。

研究人员在三种不同的Heliconius物种中进行了精细尺度的绘图，寻找具有不同模式的蝴蝶特别不同的DNA序列的部分，并且在每种情况下，发现皮质基因在其图案化中负责这种适应。 。

由于Heliconius物种极其多样化，因此研究导致其模式变化的原因可以为控制物种多样化的遗传开关提供更一般的线索。

在大多数情况下，负责这些过程的基因被称为“转录因子” - 这意味着它们负责打开和关闭其他基因。有趣的是，是什么使得皮质如此难以捉摸的转变为斑点的事实是它不会这样做。相反，它是一个细胞周期调节器，这意味着它可以控制细胞何时分裂，从而控制蝴蝶翅膀内不同颜色的鳞片。

“这与我们可能预期的基因不同，我们仍需要做更多的事情才能确切了解它在做什么，以及它是如何做到的，”Jiggins说。Nadeau博士补充说：“我们的研究结果更令人惊讶，因为以前认为皮质基因只参与雌性昆虫产卵细胞，与控制从酵母到人类的细胞分裂的基因非常相似。”

6月2日的“ 自然”杂志报道了该研究，该基因皮层控制着蝴蝶和飞蛾的模仿和隐秘。