蝴蝶翅膀鱗片的色素與精妙的結(jié)構(gòu)共同組成了斑斕的顏色與圖案，幫助它們將自己偽裝或吸引異性。在 7 月 3 日的《細(xì)胞報(bào)道》（Cell Reports）上，一篇文章向我們展示了僅僅修改幾個(gè)色素基因是如何改變翅膀鱗片的顏色與形態(tài)的。
研究人員使用了 CRISPR/Cas9 技術(shù)對(duì)生活在東非的偏瞳蔽眼蝶（Bicyclus anynana，或稱叢林斜眼褐蝶）的翅膀顏色進(jìn)行修改，結(jié)果發(fā)現(xiàn)除顏色外，鱗片的表面結(jié)構(gòu)與硬度也都發(fā)生了變化。研究結(jié)果表明，色素基因在翅膀鱗片的形成過程中具有雙重作用。
圖丨生活在非洲的偏瞳蔽眼蝶野生型（左）與黑色素通路 yellow 基因突變型（右）
“我們的研究表明，翅膀鱗片的顏色和結(jié)構(gòu)是密切相關(guān)的，因?yàn)樯胤肿右矔?huì)影響鱗片的結(jié)構(gòu)，”本文高級(jí)作者、任職于新加坡國立大學(xué)理學(xué)院及耶魯 - 新加坡國立大學(xué)聯(lián)合學(xué)院的生物學(xué)家 Antónia Monteiro 說�！爱a(chǎn)生蝴蝶翅膀色素的黑色素通路的一些最終產(chǎn)物，在鱗片色素形成和鱗片形態(tài)上均發(fā)揮一定的作用�！�
博士后研究員 Yuji Matsuoka 使用 CRISPR/Cas9 技術(shù)人為使偏瞳蔽眼蝶的 5 個(gè)基因失活，以深入了解每個(gè)基因在蝴蝶翅膀顏色中的作用。令人驚訝的是，這些突變也細(xì)微地改變了翅膀鱗片結(jié)構(gòu)。當(dāng)一種突變阻斷多巴 - 黑色素生成時(shí)，額外的一層幾丁質(zhì)——一種外骨骼的纖維成分，水平地在翅膀鱗片的上表面形成。同時(shí)，當(dāng)另一種阻斷多巴胺 - 黑色素合成基因突變時(shí)，幾丁質(zhì)在鱗片上垂直地形成。
“一些蝴蝶并不產(chǎn)生相應(yīng)的色素也可以擁有鮮艷的色彩，這是由于它們的鱗片上有一層幾丁質(zhì)薄膜，薄膜能夠與射入的光線干涉，形成一種被稱為‘結(jié)構(gòu)性顏色’的陰影�！盡onteiro 說。“反射自幾丁質(zhì)薄層上表面與下表面的光束會(huì)相互干涉，而產(chǎn)生顏色取決于薄膜的厚度。所以在這種情況下，我們的結(jié)果或許會(huì)很有趣�！�
圖丨通過刪除黑色素合成中的 yellow 與 DDC 基因能夠同時(shí)改變偏瞳蔽眼蝶翅膀鱗片的顏色與形態(tài)。
翅膀的顏色和圖案對(duì)于蝴蝶躲避捕食者和向潛在配偶發(fā)出信號(hào)至關(guān)重要；如果實(shí)驗(yàn)室中引入的突變是自然發(fā)生的，它們可能會(huì)危及昆蟲的生存和繁殖�！昂念伾恢北徽J(rèn)為是色素性或結(jié)構(gòu)性的，但我們的工作確定了第一個(gè)可能會(huì)同時(shí)限制這兩種顏色形成的進(jìn)化相關(guān)候選基因。”Monteiro 說。
“翼鱗片的形態(tài)高度分化；然而，蝴蝶翅膀的發(fā)育背后的遺傳和分子機(jī)制才剛剛開始被研究，而黑色素相關(guān)產(chǎn)物是在這一過程中可能發(fā)揮作用的多種分子之一，”Matsuoka 說�！敖酉聛硎褂闷渌贩N蝴蝶及其他的昆蟲表皮成分的研究，將幫助我們更好、更深入地理解蝴蝶翅膀鱗片的進(jìn)化和發(fā)育過程�！�
圖丨偏瞳蔽眼蝶翅膀鱗片上的眼狀斑點(diǎn)顏色，隨著黑色素合成相關(guān)基因突變而變化。Yellow 基因突變（左），野生型（中），及 DDC 基因突變（右）。
“如果我們研究清楚生物顏色的發(fā)育遺傳學(xué)，未來的生物技術(shù)公司將能夠通過生物工程，基于蝴蝶鱗片的原理，來生成生動(dòng)的、明亮的色彩，而不是用金屬通過納米制造來生成它們，納米技術(shù)目前仍是非常困難的事情，”Monteiro 說�！斑@些以幾丁質(zhì)為基礎(chǔ)的顏色將是持久的、可生物降解的，并且對(duì)環(huán)境無害�！�
編輯：楊冠男
校審:XHR
參考：
https://phys.org/news/2018-07-scientists-crispr-tweak-butterfly-wing.html