燕尾蝶通過(guò)翅膀的復(fù)雜圖案、顏色和結(jié)構(gòu)進(jìn)行擬態(tài)。日前，芝加哥大學(xué)的科學(xué)家們指出，這一復(fù)雜的機(jī)制受到doublesex的單基因調(diào)控，文章于三月五日發(fā)表在Nature雜志上。眾所周知，doublesex是控制昆蟲性別分化的關(guān)鍵基因，而這項(xiàng)研究表明該基因還具有控制擬態(tài)的強(qiáng)大功能。

“傳統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)為，蝴蝶翅膀的擬態(tài)圖案應(yīng)該是多個(gè)基因共同作用的結(jié)果，”文章的資深作者，芝加哥大學(xué)的助理教授Marcus Kronforst說(shuō)。“而我們發(fā)現(xiàn)，控制性別分化的那個(gè)基因單獨(dú)承擔(dān)了這項(xiàng)工作。”

為了避免被捕食，一些無(wú)毒蝴蝶會(huì)模擬有毒蝴蝶的翅膀圖案。幾個(gè)世紀(jì)以來(lái)，人們一直將蝴蝶翅膀的擬態(tài)作為自然選擇的典型范例進(jìn)行研究。有證據(jù)表明，燕尾蝶基因組中存在一個(gè)控制擬態(tài)的區(qū)域。鑒于擬態(tài)的復(fù)雜性，人們一直認(rèn)為這一區(qū)域可能含有“超基因”，即多個(gè)緊密相聯(lián)的基因。

為了鑒定這一區(qū)域的功能，Kronforst及其同事對(duì)一種亞洲的燕尾蝶（玉帶鳳蝶Papilio polytes）進(jìn)行了研究。雌性玉帶鳳蝶擁有四種不同的翅膀圖案，其中三種是擬態(tài)圖案，另一種是非擬態(tài)圖案（所有雄性玉帶鳳蝶的翅膀都是非擬態(tài)的）。

研究人員令翅膀圖案不同的蝴蝶相互交配，并對(duì)五百個(gè)這樣的后代進(jìn)行了基因組比對(duì)。在此基礎(chǔ)上，他們鑒定了五個(gè)可能涉及擬態(tài)的基因。隨后，研究人員又測(cè)序了三十只蝴蝶的基因組（一半擬態(tài)一半不擬態(tài)），以探尋特定基因與翅膀圖案的關(guān)聯(lián)。

出乎意料的是，只有doublesex基因表現(xiàn)出與擬態(tài)過(guò)程的相關(guān)性。人們已經(jīng)知道，doublesex基因可以通過(guò)選擇性剪切，控制昆蟲的性別分化。當(dāng)doublesex基因轉(zhuǎn)錄為信使RNA時(shí)，會(huì)經(jīng)過(guò)剪切形成不同的亞型（isoform），進(jìn)而指導(dǎo)性別的形成。

研究人員發(fā)現(xiàn)，在玉帶鳳蝶中doublesex會(huì)通過(guò)選擇性剪切形成多個(gè)亞型。其中兩個(gè)在擬態(tài)蝴蝶的翅膀中表達(dá)水平特別高。研究還證實(shí)，在蝴蝶的發(fā)育過(guò)程中，doublesex的表達(dá)情況與翅膀圖案的形成完全相符。（選擇性剪切新模式）

單個(gè)基因?yàn)楹文軌蚩刂迫绱藦?fù)雜的機(jī)能呢？Kronforst指出，控制doublesex表達(dá)時(shí)機(jī)和地點(diǎn)的非編碼DNA可能起到了重要作用。研究顯示，在擬態(tài)蝴蝶的基因組中doublesex基因是反向的，這不僅減少了重組的可能性，還使其蛋白產(chǎn)物出現(xiàn)了結(jié)構(gòu)差異。由于doublesex是一個(gè)可激活其他基因的轉(zhuǎn)錄因子，研究人員相信這些差異可能就是翅膀圖案多樣化的原因。

“我們闡明了蝴蝶翅膀擬態(tài)的遺傳學(xué)基礎(chǔ)，”文章的作者之一，芝加哥大學(xué)的Wei Zhang博士說(shuō)。“不過(guò)這只是第一步，doublesex的具體作用機(jī)制還有待于進(jìn)一步的研究。”