“迪斯科”基因可以帮助飞蛾辨别时间

地球上有超过 16 万种蛾类，它们以夜间飞行和强大的传粉能力而闻名。现在，一些蛾类正在打开一扇进化之窗，让我们了解一个物种如何分化​​为具有不同特征的不同物种。所谓的迪斯科基因可能是两种色彩鲜艳的蛾类飞行模式截然不同的原因。这项研究于 8 月 27 日发表在《皇家学会学报 B：生物科学》杂志上，详细描述了这种基因如何帮助调节白天或夜间的飞行。

当物种分化时

在自然界中，一个物种可以随着时间的推移分化成两个或更多物种。当一个种群中的个体在地理上被隔离时，就会发生这一被称为物种形成的过程。查尔斯·达尔文研究的加拉帕戈斯群岛的雀类是物种形成最著名的例子之一。当雀类的种群分散在几个岛屿上并分别进化时，大约有 13 种雀类从同一个祖先分化出来。如果生物种群分离的时间足够长，它们最终将失去杂交的能力。

对于某些蛾类而言，它们的基因会受到一天中它们最活跃的时间的影响，而不是受到海洋或山脉等物理障碍的影响。在这项新研究中，研究小组重点研究了两种密切相关的蛾类，它们分布在美国东南部重叠的区域。

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玫瑰枫蛾属于Dryocampa属。它们的头部和腹部上方长有浓密蓬松的鬃毛，鳞片呈糖果色，呈粉红色和黄色。雄性和雌性玫瑰枫蛾只在夜间飞行。

粉红条纹橡树虫蛾稍微不那么显眼，属于Anisota属。它们的颜色更偏向泥土色调，有芥末黄、深棕色和灰色。雌性粉红条纹橡树虫蛾在黄昏和傍晚时分活跃，而雄性则喜欢在白天飞行。

“这两个物种非常相似，”研究报告的共同作者、佛罗里达自然历史博物馆昆虫学家 Yash Sondhi 在一份声明中说。“它们沿着这一轴线进行了区分，也就是飞行。”

早期研究发现， Dryocampa和Anisota都起源于大约 380 万年前的一个物种。按照进化的标准，这已经是相当近的了，它们之间仍然存在一些关键的差异和相似之处。Anisota 属中的少数物种都在白天活动，而现代雌性粉红条纹橡树蛾则喜欢黄昏和夜间飞行。夜间活动的玫瑰枫蛾也是Dryocampa属中唯一已知的物种。

最初，Sondhi 认为这两种蛾子都是一个很好的机会，可以探索昆虫视觉的进化过程以及物种活动模式的改变。然而，这并没有实现。

“我试图寻找色觉的差异。结果我们发现了它们的生物钟基因存在差异，事后看来，这是有道理的，”Sondhi 说道。

“告诉时间”的基因

生物钟基因是控制动物和植物昼夜节律的特化基因。生物钟基因产生的蛋白质变化使细胞在约 24 小时内处于活跃或休眠状态。它们的影响范围不仅限于睡眠和清醒周期。生物钟基因可以影响生物体的细胞生长、血压、体温和新陈代谢，并且存在于各种生物体中。

“从果蝇到哺乳动物和植物，所有生物都保留了这种系统，”Sondhi 说。“它们都有某种计时机制。”

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在发现它们的生物钟基因存在这些差异后，Sondhi 对这两种蛾的转录组进行了比较。转录组仅包含一组遗传物质，并决定基因在生物体细胞和组织中何时何地开启或关闭。相比之下，基因组包含动物的所有 DNA。这使得转录组在探索生物体全天蛋白质水平差异时很有用，因为它们包含有关这些蛋白质的更具体信息。

Sondhi 发现两种蛾类中都存在一些基因表达量不同的现象。夜间活动的枫叶蛾在嗅觉方面投入了更多的精力，而白天活动的橡树蛾则产生了更多与视觉相关的基因。

迪斯科基因及其“锌指”

在这次分析中，还有一个基因脱颖而出——迪斯科。迪斯科是断开连接的缩写，在两个物种中，它在白天和夜间的表达水平不同。之前对果蝇的研究发现，迪斯科可以通过产生将时钟酶从大脑发送到身体的神经元来间接影响昼夜节律。

这 在蛾类样本中发现的迪斯科基因大约是果蝇基因的两倍。它还具有额外的锌指。这些是基因的活性部分，可直接与蛋白质、DNA 和 RNA 相互作用。Sondhi 认为，迪斯科基因的变化至少是玫瑰枫蛾转向夜间飞行的部分原因。

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当 Sondhi 将玫瑰枫蛾的迪斯科基因与橡树虫的迪斯科基因进行比较时，他发现了 23 个突变，将两者区分开来。这些突变也位于基因的活性部分，因此它们也可能是造成蛾类之间某些可见身体差异的原因。

进一步的研究还可以帮助科学家了解基因在野生环境中的变化方式以及物种形成在分子水平上的方式。