Nature：功能強大的“超級基因”

　 　燕尾蝶通過翅膀的復雜圖案、顏色和結構進行擬態。日前，芝加哥大學的科學家們指出，這一復雜的機制受到doublesex的單基因調控，文章于三月五日發表在Nature雜志上。眾所周知，doublesex是控制昆蟲性別分化的關鍵基因，而這項研究表明該基因還具有控制擬態的強大功能。

　　“傳統觀點認為，蝴蝶翅膀的擬態圖案應該是多個基因共同作用的結果，”文章的資深作者，芝加哥大學的助理教授Marcus Kronforst說。“而我們發現，控制性別分化的那個基因單獨承擔了這項工作。”

　　為了避免被捕食，一些無毒蝴蝶會模擬有毒蝴蝶的翅膀圖案。幾個世紀以來，人們一直將蝴蝶翅膀的擬態作為自然選擇的典型范例進行研究。有證據表明，燕尾蝶基因組中存在一個控制擬態的區域。鑒于擬態的復雜性，人們一直認為這一區域可能含有“超基因”，即多個緊密相聯的基因。

　　為了鑒定這一區域的功能，Kronforst及其同事對一種亞洲的燕尾蝶（玉帶鳳蝶Papilio polytes）進行了研究。雌性玉帶鳳蝶擁有四種不同的翅膀圖案，其中三種是擬態圖案，另一種是非擬態圖案（所有雄性玉帶鳳蝶的翅膀都是非擬態的）。

　　研究人員令翅膀圖案不同的蝴蝶相互交配，并對五百個這樣的后代進行了基因組比對。在此基礎上，他們鑒定了五個可能涉及擬態的基因。隨后，研究人員又測序了三十只蝴蝶的基因組（一半擬態一半不擬態），以探尋特定基因與翅膀圖案的關聯。

　　出乎意料的是，只有doublesex基因表現出與擬態過程的相關性。人們已經知道，doublesex基因可以通過選擇性剪切，控制昆蟲的性別分化。當doublesex基因轉錄為信使RNA時，會經過剪切形成不同的亞型（isoform），進而指導性別的形成。

　　研究人員發現，在玉帶鳳蝶中doublesex會通過選擇性剪切形成多個亞型。其中兩個在擬態蝴蝶的翅膀中表達水平特別高。研究還證實，在蝴蝶的發育過程中，doublesex的表達情況與翅膀圖案的形成完全相符。

　　單個基因為何能夠控制如此復雜的機能呢？Kronforst指出，控制doublesex表達時機和地點的非編碼DNA可能起到了重要作用。研究顯示，在擬態蝴蝶的基因組中doublesex基因是反向的，這不僅減少了重組的可能性，還使其蛋白產物出現了結構差異。由于doublesex是一個可激活其他基因的轉錄因子，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的遺傳學基礎，”文章的作者之一，芝加哥大學的Wei Zhang博士說。“不過這只是第一步，doublesex的具體作用機制還有待于進一步的研究。”