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。”
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