@ 2014.03.22 , 11:08

进化生物学:性,谎言和蝴蝶

生物拟态,是指一种生物模拟另一种生物(或环境),从而获得优势的生物学现象,比如竹节虫,眼镜蛇等。这种现象在进化论内占有重要地位,尤其是在达尔文的物种起源发表之后。亨利贝茨和阿尔弗莱德华莱士随后认识到,这种现象只能由自然选择来解释。可是一百五十年过去了,如何在基因层面解释生物拟态却一直困扰着生物学家。

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最近,芝加哥大学的Kunte团队突破性的发现了凤尾蝶的翅膀拟态模式是由一个单个基因控制的:双性基因(doublesex,dsx)。在经典的贝氏拟态中,有毒蝴蝶翅膀上醒目的警示颜色被其他无毒的蝴蝶模仿,这就是一种能使凤尾蝶获得优势的谎言,一种进化策略。他们发现凤尾蝶的拟态和非拟态可以同时存在于一个族群中。如上图,左一二分别是非拟态的雄雌凤尾蝶,右二是拟态的雌性凤尾蝶,右一就是右二的所模仿的有毒蝴蝶。有趣的是,这种拟态是性别限制的(蝴蝶是ZW性别决定系统,与人类的XY系统正好相反,如下图),即只有雌性才有这种拟态。拟态和非拟态的雌性蝴蝶可同时存在于一个族群中。

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芝加哥大学的团队通过定位拟态和非拟态凤尾蝶之间的差异来自于双性基因的基因座上,从而将研究深入到基因层面。双性基因是大部分真核生物中控制性别差异的基因,双性基因通过选择性剪切,使雌雄个体从同样的基因复制出不同的蛋白,这是产生性别差异的关键(举个例子,一段基因上有外显子1234,通过选择性剪切作用,最终表达出来的蛋白既可以是124,也可以是134)。这对构成蝴蝶翅膀多样性颜色的蛋白,是一个有力的可能解释。

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双性基因精巧的只在特定的细胞中产生调控作用——尤其是那些对性别差异起关键作用的细胞,而不是作用于生物体内的每一个细胞。在进化过程中,双性基因的突变导致的蝴蝶翅膀的颜色形态改变,并通过环境选择作用存活下来,成为一种成功的拟态。

双性基因同样可以解释为何如此多样性,如此复杂的拟态可以只由单单一条基因控制。就像其他发育调控基因一样,双性基因也有多套转录调控增强子(调控基因转录水平)。不同增强子可能控制双性基因在蝴蝶翅膀不同位置的表达,进而影响双性基因关联的的性状改变基因,而增强子本身又可在蝴蝶配子的等位基因交换中变化。

通过描绘这幅基因地图,Kunte团队为我们研究昆虫拟态模式的机制打开了一扇新的大门。

本文译自 nature.com,由译者 cloudwalker 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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