科学家使用CRISPR来调整蝴蝶翅膀颜色改变翼鳞表面结构

颜料和蝴蝶翅膀鳞片的精细结构共同作用，产生颜色和图案的马赛克，有助于昆虫伪装或吸引配偶。7月3日，在Cell Reports杂志上，科学家展示了如何只需要一些色素基因来改变翼鳞的颜色和形态。研究人员使用CRISPR / Cas9来调整东非Bicyclus anynana的眯眼棕色蝴蝶的翅膀颜色，发现它导致鳞片的表面结构和刚度以及颜色发生变化。结果显示色素沉着基因在翼鳞的形成中具有双重作用。

“我们的研究表明，翼鳞的颜色和结构密切相关，因为色素分子也影响鳞片的结构，”资深作者AntóniaMonteiro说，他是新加坡国立大学理学院和新加坡耶鲁大学新生学院的生物学家。 。“产生蝴蝶翅膀色素的黑色素途径的一些终产物在鳞片色素沉着和鳞片形态中起作用。”

博士后Yuji Matsuoka使用CRISPR / Cas9人工禁用了5种B. anynana的色素基因，以更好地了解每种色素对蝴蝶翅膀颜色的贡献。令人惊讶的是，突变也改变了翼鳞结构的细节。当突变阻止产生色素多巴 - 黑色素时，额外的甲壳质片(外骨骼的纤维组分)水平地形成在翼鳞的上表面上。当不同的突变阻断了色素多巴胺 - 黑色素时，出现了几丁质的垂直叶片。

“有些蝴蝶可以通过在其鳞片上放置简单的甲壳素薄膜来产生鲜明的色调，干扰入射光以产生被称为结构色的色调而不产生相应的色素，”Monteiro说。“从甲壳质层的顶部和底部表面反射的光束可以相互干扰，并根据胶片的厚度强调特定的颜色，因此我们的结果在这种情况下可能会很有趣。”

翅膀的颜色和图案对于蝴蝶躲避掠食者和发出潜在配偶信号至关重要;如果实验室中引入的突变是自然发生的，它们可能会危害昆虫的生存和繁殖。“蝴蝶颜色一直被描述为颜料或结构，但我们的工作确定了第一个可能限制这两种颜色形成的候选基因，”Monteiro说。

“翅膀鳞片的形态高度分化;然而，蝴蝶翅膀鳞片发育的基因和分子机制刚刚开始研究，黑色素产品是可能在这个过程中发挥作用的多种分子之一，”松冈。“利用其他蝴蝶物种和其他表皮组成的进一步研究将有助于我们更多地了解蝴蝶翅膀鳞片的演变和发展。”

“如果我们了解颜色的发展遗传学，未来的生物技术公司可能能够通过基于蝴蝶鳞片的生物工程生成鲜艳，绚丽的色彩，而不是使用金属纳米制造它们，这是目前非常难以做到的，“蒙泰罗说。“这些基于甲壳素的颜色将持久，可生物降解，并且环保。”