君主蝴蝶的遗传秘密

通过分析来自世界各地的101只帝王蝶(Danaus plexippus)的基因组序列，由芝加哥大学的Marcus Kronforst博士领导的一组基因研究人员发现了一种控制其显着着色的基因，而另一种基因则显示为长的中心 - 北美人口的远距离迁移。

帝王蝶是世界上最具代表性的昆虫之一，以其独特的橙色和黑色翅膀以及横跨北美的壮观年度大规模迁徙而闻名。

然而，关于这些着名特征的基因知之甚少，即使昆虫的传说似乎处于危险之中。

为了表征这些基因并揭示君主蝴蝶的进化起源和全球传播的历史，Kronforst博士及其同事对来自全球的101位君主的基因组进行了测序，包括北美移民君主，来自世界各地的非移民君主和一些密切相关的物种。

他们将君主的祖先血统追溯到可能起源于美国南部或墨西哥的迁徙人口。

君主目前的全球分布似乎源于三个独立的分散事件 - 中美洲和南美洲;横跨大西洋;并横跨太平洋。

在这三种情况下，蝴蝶独立地失去了迁徙行为。

君主的北美起源与一个长期存在的假设背道而驰，即蝴蝶起源于非迁徙的热带物种，后来发展了迁徙的能力。

虽然历史记录表明君主在太平洋和大西洋的分散发生在19世纪，但分析表明君主实际上已经在数千年前跨越了海洋。

上海生命科学研究院的Shuai Zhan教授是“自然”杂志上发表研究的第一作者，他说：“为了清楚地解决帝王蝶的历史，我们仍然需要额外的化石，考古和遗传数据，以及更先进的技术，将来可用。“

为了研究迁移的遗传基础，研究小组将迁徙蝴蝶的基因组与三个非迁徙种群进行了比较。

他们确定了500多个基因 - 其中大部分涉及肌肉，发育和神经功能 - 在某种程度上有所不同。但是一个基因的差异突出了。

迁移蝴蝶表达的胶原蛋白IVα-1水平大大降低，这是一种参与飞行肌肉形成和功能的基因。

科学家们发现，与非迁徙蝴蝶相比，迁徙君主消耗更少的氧气并显着降低了飞行代谢率，这可能会增加他们长距离飞行的能力。

他们还发现单个基因似乎起着色素沉着的作用。该基因编码肌球蛋白运动蛋白家族的蛋白质，从未涉及昆虫着色。它的突变可能会破坏色素向翅膀的运输，使君主变白。小鼠中的相关基因肌球蛋白5a已经显示出以类似的方式影响毛色。该基因代表了探索昆虫着色的新遗传途径。

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