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研究为蝴蝶的生命史权衡提供了基因组见解

您是否曾经在夏日漫步在花园或草地上,想知道蝴蝶为什么以及如何表现出如此美丽而多样的色彩?科学家有这种想法,尤其是在考虑科里亚斯属中的蝴蝶时。

在大多数Colias蝴蝶中,所有雄性和大多数雌性均为橙色或黄色,但有些雌性为白色。稀有白色形态在许多动物中都很常见,但是在某些科利亚斯蝴蝶中,这种白色形态(称为阿尔巴)普遍存在于每一代人中,占雌性的5%至30%。这是出乎意料的,因为橙色/黄色的翅膀颜色是识别配偶的重要信号,因此,阿尔巴雌性应处于劣势。近一个世纪以来,科学家们一直在努力了解为什么和如何在蝴蝶种群中饲养和维持阿尔巴雌性。

过去一个世纪的研究表明,阿尔巴(Alba)不仅是机翼颜色的变化,而且还是替代生活史策略的视觉体现。生命史策略是共同演变的生命史特征(例如后代数量,后代大小和寿命)的一种模式,这些策略由个人将有限的资源分配给影响其达尔文适应性的不同特征的方式来决定。之前在Colias的工作发现,橙色雌性将其资源投入到合成有色颜料中,而Alba雌性则将这些资源从有色颜料的生产中转移到其他发育过程中。

大概是这种重新分配的结果,与橙色雌性相比,阿尔巴雌性受益于更高的脂肪含量和繁殖力。但是,雄性喜欢与橙色雌性交配,这对阿尔巴来说应该是一个代价。尽管整个80年代和90年代的研究致力于了解更多有关在野生环境中维持颜色多态性的生物和非生物因素的信息,但是Alba的遗传基础仍然未知。为了了解产生阿尔巴的机制,一个进化生物学家团队使用各种研究方法将注意力集中在阿尔巴的机制上。

生命史的取舍存在于生命之树中,但我们对其遗传基础和进化方式知之甚少。对于女性有限的权衡尤其如此。基本上什么都不知道。”

Christopher Wheat,资深作者,斯德哥尔摩大学人口遗传学副教授

为了确定引起阿尔巴的基因组区域,研究人员首先必须为乌云蝶(Colias crocea)制作基因组,该基因在欧洲和周边地区都很常见。然后,他们对野生捕获的橙色和阿尔巴雌性的许多个体基因组,以及携带两种不同颜色形态的家系之间的杂交后代进行了测序。分析这些数据,他们能够识别与色差相关的单个基因组区域。在该地区,他们发现了阿尔巴雌性特有的转座因子插入。该插入位于称为BarH-1的基因附近,该基因编码一个同源盒转录因子。同源盒转录因子在胚胎发育过程中起重要作用。

“ BarH-1是阿尔巴的一个真正令人兴奋的候选基因,因为果蝇中的果蝇BarH-1在他们的眼中色素颗粒的形成中发挥了作用。我以前发现阿尔巴蝴蝶的翅膀鳞片中色素颗粒的数量明显少于在皮埃德蝴蝶中,这些颗粒含有色素,去除颗粒后,Colias的翅膀变白。”主要作者Alyssa Woronik博士说,他的斯德哥尔摩大学博士致力于研究和寻找Alba的基础。

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