单个遗传开关改变了蝴蝶翅膀的颜色

Heliconius蝴蝶是一个多样化和丰富多彩的物种，生活在中美洲和南美洲的热带地区。他们中的许多人都有模仿其他物种的翅膀图案和颜色，以保护自己免受掠食者的攻击。芝加哥大学的科学家们进行的一项新研究表明，在一个物种Heliconius cydno中，只有一个基因可以控制蝴蝶是否有白色或黄色斑点。它的翅膀。

为了进行10月25日发表在当代生物学研究中的研究，研究人员利用白色和黄色的H. cydno 蝴蝶开发了一个遗传图谱。然后，他们研究了基因组序列，以确定一个名为aristaless1(al1)的基因，该基因作为黄色和白色着色的开关。

与H. cydno密切相关的大多数Heliconius 物种的翅膀上有黄色斑点; H. cydno有亚种黄色或白色。研究人员发现，带有白色斑点的蝴蝶具有升高的al1表达(即它被“打开”)，这意味着它可能在抑制黄色色素沉着产生中发挥作用。使用CRISPR / Cas9基因编辑工具，科学家证实了al1的这种功能。当他们在蝴蝶的胚胎中将它击倒(或关掉)时应该是白色的，那些蝴蝶会产生黄色斑点。

“几十年来，人们一直在对这些蝴蝶进行交叉繁殖，他们知道这种白色与黄色的转换位于基因组中的一个位置。他们只是无法将其追溯到单个基因的作用，”Marcus Kronforst说道。 ，博士，生态学和进化学副教授，该研究的高级作者。

“现在有了CRISPR，我们可以将基因敲出去看看会发生什么。事实证明，这里的进化创新不是一种获得色素的物种，而是开启一种基因来抑制祖先存在的色素，”他说。

Kronforst和他的团队还通过比较al1的H. cydno版本与其他密切相关的Heliconius物种的遗传差异来追踪这种颜色模式的进化历史。该基因的白色版本似乎是一个相对较新的发展。虽然H. cydno是第一个发育白色形态的物种，但是有交叉繁殖的迹象，以后将白色引入其他物种。

还有证据表明，相同的基因可能与颜色的交配偏好有关。白色H. cydno雄性更喜欢有白色斑点的雌性; 黄色雄性同样喜欢黄色雌性。科学家早就知道，H. cydno的颜色模式和配偶偏好的基因位于基因组的同一区域。

“现在我们知道了颜色的分子基础，我们可以开始询问偏好是如何与它相关联的，”Kronforst说。“它们是两个基因彼此靠近或者是莫名其妙的相同基因做两份工作?”

虽然Kronforst和他的团队还不知道配偶偏好是否由al1或附近的其他基因控制，但近距离可能是Heliconius物种多样性的原因。

“无论是驱动它的自然选择，还是只是这两件事情联系在一起的可能性，这可能是我们拥有如此多样化的蝴蝶群体的部分原因，”他说。“当颜色的颜色和偏好连在一起时，它会使这些东西快速地一起演变。”