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生物学家发现了导致蝴蝶背翅独特外观的基因

2019-04-17 09:57:15 • 来源：

蝴蝶在它们的翅膀的背侧(顶部)和腹部(底部)侧经常显示出截然不同的颜色或图案。来自新加坡国立大学(NUS)的研究人员进行的一项研究表明，A基因是导致蝴蝶背翅出现的原因。

生物学家发现了导致蝴蝶背翅独特外观的基因

这个有趣的发现是在Antonia Monteiro副教授和她的博士生。学生，女士Anupama普拉卡什，谁是生物科学，在科学的新加坡国立大学学院的系，研究了其在非洲眯眼灌木棕色蝴蝶，偏瞳蔽眼蝶，它有一个很好注释的基因组，表达和无翅A的功能翼发展阶段。

每个机翼表面上的图案具有不同的功能

由于每个翼面的不同功能，许多蝴蝶的背侧和腹侧翼的外观的多样性已经发展。

当蝴蝶在翅膀关闭的情况下休息时，腹面露出;这些表面上的图案通常可以伪装并避免掠食者。相比之下，当翅膀打开时看到的背面通常是彩色的并且专门图案化以吸引潜在的配合。然而，涉及这些明显差异如何发生的机制尚不清楚。

Apterous一种负责背侧翼独特外观的基因

已经发现apterous A基因在一些昆虫物种的翅膀发育中发挥作用，其功能包括翼的生长和背腹边界的确定。因此研究小组假设它可能参与区分两个机翼表面的外观。

新加坡国立大学的生物学家研究了蝴蝶翅膀中apterous A的表达，然后在基因敲除过程中选择性地将其从基因组中移除，以验证其在翼发育和模式中的功能。

实验表明，apterous仅在蝴蝶的背侧翼表面上表达，而不是在腹面上表达。此外，在基因敲除过程中，研究人员发现，在蝴蝶基因组中突变apterous会导致翅膀发育缺陷。

然而，科学家们还发现了对蝴蝶翅膀的额外影响。

“当这个基因发生突变时，具有突变基因组的蝴蝶的背翼模式与它们的腹侧翼面形成相同的模式。这意味着apterous A参与确定背面的外观，”普拉卡什女士说。

该基因可能与背侧翼表面上发现的其他基因相互作用，以指导背侧翼表面的图案化。

抑制眼斑图案

在他们的学习过程中，新加坡国立大学的研究小组发现apterous A也可以起到形成眼斑图案的抑制作用 - 这些标记类似于蝴蝶翅膀背面的眼睛。当基因被删除时，在这些背侧翼面上形成了多个额外的眼点 - 与腹面上的数量一样多。

“在蝴蝶翅膀图案的演变过程中，蝴蝶的背侧翼面上出现的斑点长在它们起源于腹面之后，但其原因尚不清楚，”蒙泰罗副教授说。

她补充说：“我们发现在观察到一些眼底中心的背侧翼面上的小区域中，没有apterous A基因表达。这意味着局部对A的抑制很可能导致眼点受到影响。终于在这些地方发展。“

Apterous涉及性别特异性翼特征的基因

研究人员还注意到，apterous A基因的存在对背面的前翅和后翅上的性别特异性翼特征有影响。在雄性的背侧前翅上，它起到抑制剂的作用，抑制雄性信息素产生器官和银鳞发育。然而，在它们的背侧后翅上，它起到激活剂的作用，促进信息素传播毛发和银鳞的发展。

新加坡国立大学的研究人员认为，apterous A基因可能与其他性别特异性和翼特异性因子相互作用，从而影响这些特征的发展。

应用作为生物标志物和未来的工作

“这项研究已经确定了一种影响蝴蝶表面特异性翅膀模式的基因。这可以用作生物标志物来了解特定细胞如何产生我们在蝴蝶翅膀上看到的不同颜色和图案，”普拉卡什女士说。

“由于apterous A仅在背面细胞中表达，我们现在可以根据这种基因表达来鉴定背侧特异性细胞。例如，如果我们想要研究某种颜色是如何形成的，那么这非常有用。像Morphos这样的物种，腹面大多是棕色的，而背面是蓝色的。通过使用apterous A作为标记来分离背部特异性细胞可以帮助我们研究这些蓝色鳞片是如何发育的，“她详细说明。

展望未来，研究小组将继续研究apterous A基因在蝴蝶中的功能。这将包括确定该基因在其他蝴蝶家族和没有表面特异性翅膀图案的蝴蝶中的表现是否相似，以及调查它抑制眼斑模式发展的方式。

该研究结果于2018年初在英国皇家学会会刊B上发表。

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