两种基因控制着蝴蝶翅膀图案的样式和颜色

蝴蝶翅膀上华丽复杂的图案看起来像是出自艺术家之手。研究人员先前认为，这些图案是由一系列基因共同相互作用下产生的，但是现在有两项研究表明，两种基因在确定蝴蝶翅膀图案的线条和颜色方面发挥了极大的作用。 去除这些“主”基因会破坏图案，使颜色变浑或将图案单色化。

其中一项的研究论文本周发表在美国国家科学院院刊上，论文的作者美国纽约州伊萨卡康奈尔大学进化发展生物学家Bob Reed表示，该研究挑战了以往对蝴蝶翅膀图案的认知，了解翅膀图案生成控制方式，使科学家能够更深入地了解有助于昆虫避免捕食和吸引伴侣的性状的演变。

“这两种不同的基因是互补的。他们是专门负责生成图案的基因”，另外一项研究的论文作者乔治华盛顿大学发展生物学家 Arnaud Martin 表示。

“这是一个视觉上令人信服的插图，说明了遗传研究的力量，”北卡罗莱纳州立大学微生物学家 Rodolphe Barrangou表示， “每个人都可以与蝴蝶相关联，这一点从字面上说明了 CRISPR 如何改变基因组可以为生物学提供见解。”

褪色

通过使用常规遗传图谱和敲除基因方法的研究表明，WntA 和 optix 两个基因参与了翅膀图案生成。这项工作表明，这两个基因是“适应性热点”，因为它们似乎与生物体适应环境中的物理变化有关。

研究人员利用 CRISPR-Cas9 技术对几种蝴蝶品种进行 WntA 和 optix 基因的编辑。科学家们开启和关闭每个基因，以验证它们对蝴蝶翅膀上图案的影响有多大。

WntA 基因研究涉及七种蝴蝶，包括君主蝴蝶（Danaus plexippus）。在多数品种中，当 WntA 被关闭时，颜色丢失、图案褪色甚至消失。以君主蝴蝶为例，翅膀边缘的深黑色轮廓变成了灰白色。Arnaud Martin 表示，“WntA 主要负责图案的边界和轮廓，它只是把图案描绘出来，还需要上色。”

“optix 基因研究表明，这是一种‘油刷基因’，在色素沉着中起着很大的作用。先前研究表明，它涉及到图案中红色和橙色，但仍待最终确认”，Bob Reed 表示。

他和他的同事们在四种蝴蝶中敲除了optix基因。翅膀的部分以及蝴蝶身体的其他部分变成颜色变成了黑色或灰色。Bob Reed 说：“举海湾举肢蛾（Agraulis vanillae）为例，该品种完全变黑了。最令人惊讶的是，在普通的七叶树蝴蝶（Junonia coenia）中，它的翅膀还出现了蓝色斑点，表明有超越色素沉着的结构变化。”

敲除 optix 基因后在普通七叶树蝴蝶翼鳞片中产生了蓝色虹彩

更大的作用

结果表明，optix 基因以超越简单色素沉着的方式影响着色。蝴蝶翅膀上的晕彩是由翼鳞的某些微观结构特征产生的，所以 optix 基因似乎影响了蝴蝶翅膀的颜料和结构。这项研究提供了新的证据，证明这种基因在翅膀演化中可能发挥了巨大的作用。

更多的研究人员去研究 WntA 和 optix 两个基因，将会更多揭示蝴蝶进化的内在。这俩基因可能提供了主要适应性的框架，包括模仿——作为防御机制的通过复制其它物种的特征以欺骗捕食者。

纽约大学发展神经生物学家 Claude Desplan说：“这是一个美好的进步，它向您展示了 CRISPR 方法的优势，可以适用于任何物种。”

Arnaud Martin 说：“对于正在研究蝴蝶的人来说，这是实验室的非传统生物，CRISPR 正在开辟一个我们以前没有的宝库。”