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君主蝴蝶的遺傳秘密

2018-12-19 10:37:34 ? 來(lái)源：

通過(guò)分析來(lái)自世界各地的101只帝王蝶(Danaus plexippus)的基因組序列，由芝加哥大學(xué)的Marcus Kronforst博士領(lǐng)導(dǎo)的一組基因研究人員發(fā)現(xiàn)了一種控制其顯著著色的基因，而另一種基因則顯示為長(zhǎng)的中心 - 北美人口的遠(yuǎn)距離遷移。

帝王蝶是世界上最具代表性的昆蟲之一，以其獨(dú)特的橙色和黑色翅膀以及橫跨北美的壯觀年度大規(guī)模遷徙而聞名。

然而，關(guān)于這些著名特征的基因知之甚少，即使昆蟲的傳說(shuō)似乎處于危險(xiǎn)之中。

為了表征這些基因并揭示君主蝴蝶的進(jìn)化起源和全球傳播的歷史，Kronforst博士及其同事對(duì)來(lái)自全球的101位君主的基因組進(jìn)行了測(cè)序，包括北美移民君主，來(lái)自世界各地的非移民君主和一些密切相關(guān)的物種。

他們將君主的祖先血統(tǒng)追溯到可能起源于美國(guó)南部或墨西哥的遷徙人口。

君主目前的全球分布似乎源于三個(gè)獨(dú)立的分散事件 - 中美洲和南美洲;橫跨大西洋;并橫跨太平洋。

在這三種情況下，蝴蝶獨(dú)立地失去了遷徙行為。

君主的北美起源與一個(gè)長(zhǎng)期存在的假設(shè)背道而馳，即蝴蝶起源于非遷徙的熱帶物種，后來(lái)發(fā)展了遷徙的能力。

雖然歷史記錄表明君主在太平洋和大西洋的分散發(fā)生在19世紀(jì)，但分析表明君主實(shí)際上已經(jīng)在數(shù)千年前跨越了海洋。

上海生命科學(xué)研究院的Shuai Zhan教授是“自然”雜志上發(fā)表研究的第一作者，他說(shuō)：“為了清楚地解決帝王蝶的歷史，我們?nèi)匀恍枰~外的化石，考古和遺傳數(shù)據(jù)，以及更先進(jìn)的技術(shù)，將來(lái)可用。“

為了研究遷移的遺傳基礎(chǔ)，研究小組將遷徙蝴蝶的基因組與三個(gè)非遷徙種群進(jìn)行了比較。

他們確定了500多個(gè)基因 - 其中大部分涉及肌肉，發(fā)育和神經(jīng)功能 - 在某種程度上有所不同。但是一個(gè)基因的差異突出了。

遷移蝴蝶表達(dá)的膠原蛋白IVα-1水平大大降低，這是一種參與飛行肌肉形成和功能的基因。

科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，與非遷徙蝴蝶相比，遷徙君主消耗更少的氧氣并顯著降低了飛行代謝率，這可能會(huì)增加他們長(zhǎng)距離飛行的能力。

他們還發(fā)現(xiàn)單個(gè)基因似乎起著色素沉著的作用。該基因編碼肌球蛋白運(yùn)動(dòng)蛋白家族的蛋白質(zhì)，從未涉及昆蟲著色。它的突變可能會(huì)破壞色素向翅膀的運(yùn)輸，使君主變白。小鼠中的相關(guān)基因肌球蛋白5a已經(jīng)顯示出以類似的方式影響毛色。該基因代表了探索昆蟲著色的新遺傳途徑。

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