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蝴蝶通常在翅膀的背部(上)和腹部(下)两侧显示出截然不同的颜色或图案。一项新的研究揭示了负责背部的基因。
 
这一发现是研究人员在观察非洲斜视棕褐色蝴蝶双环虫翅膀发育过程中apterous A的表达和功能时发现的。
 
研究人员说,许多蝴蝶的背侧和腹侧翅膀外观的多样性取决于翅膀表面需要做什么。
 
当蝴蝶合上翅膀休息时,它们的腹部就会暴露出来;这些表面上的图案通常可以用来伪装和躲避捕食者。另一方面,当翅膀张开时,背部表面是可见的,通常有吸引潜在配偶的颜色和图案。
 
然而,这些明显的差异是如何产生的还不清楚。
 
褐色的蝴蝶在树叶上-双环的任何娜娜
 
研究中使用的蝴蝶种类是双头蛱蝶。(资料来源:查尔斯·J·夏普,维基共享)
 
翼模式
 
研究者知道基因无翼的机翼在发展中发挥作用的一些昆虫,产物的功能,比如dorsal-ventral边界的翅膀和决心,所以他们认为这可以参与区分两个机翼表面的外观,。
 
生物学家研究了蝴蝶翅膀中翼A的表达,沐鸣平台登录然后在基因敲除过程中选择性地将其从基因组中去除,以验证其在翅膀发育和模式形成中的作用。
 
实验结果表明,A只在蝴蝶的背侧翅膀表面表达,而在腹侧表面不表达。此外,在基因敲除过程中,他们发现蝴蝶基因组中apterous A的突变导致了翅膀发育的缺陷。
 
他们还观察到了蝴蝶翅膀上的一些附加效应。
 
“当这个基因发生突变时,带有突变基因组的蝴蝶的背侧翅膀模式与它们的腹侧翅膀表面发展出相同的模式。新加坡国立大学生物科学系的博士生Anupama Prakash说:“这意味着apterous A参与了背部表面外观的确定。”
 
眼点
 
这一基因可能与其他在背翅表面发现的基因相互作用,以指导背翅表面的图案。
 
在他们的研究中,研究人员发现无翅目A也能抑制眼斑图案的形成——类似于眼睛的斑纹出现在蝴蝶翅膀的背部表面。当该基因被删除后,在这些背侧翅膀表面出现了多个额外的眼斑,其数量与腹侧翅膀表面的眼斑数量相同。
 
副教授安东尼亚·蒙泰罗说:“在蝴蝶翅膀图案的进化过程中,眼斑出现在蝴蝶的背侧翅膀表面的时间比它们出现在腹侧翅膀表面的时间要晚得多,但其原因尚不清楚。”
 
“我们发现,在背鳍表面的小区域,沐鸣平台登录有几个眼窝中心被观察到,没有apterous a基因表达。这意味着,当地对蚜虫A的抑制可能最终导致这些地方出现眼斑。”
 
此外,A基因的存在对背部前、后翅的性别特征有影响。在雄性的前翅背侧,它起着抑制因子的作用,抑制雄性信息素的产生器官和鳞片的发育。然而,在它们的后翅背侧,它起着激活剂的作用,促进信息素的发展,散发毛发和银质鳞片。
 
研究人员认为,外生A基因可能与其他性别特异性和翅膀特异性的因素相互作用,从而影响这些特征的发展。
 
普拉卡什说:“这项研究发现了一种基因,这种基因可以影响蝴蝶表面特定的翅膀模式。”“这可能被用作生物标志物,来了解特定的细胞是如何产生我们在蝴蝶翅膀上看到的不同颜色和图案的。”
 
“由于apterous A只在背表面的细胞中表达,我们现在可以根据这种基因表达来识别背特异性细胞。”这是非常有用的,例如,如果我们想要研究某种颜色是如何形成的。在某些种类的蝴蝶中,如形态,腹部的表面主要是棕色的,而背部的表面是蓝色的。利用A细胞作为标记来分离背特异性细胞可以帮助我们研究这些蓝色鳞片是如何形成的。”