10月1日，國際著名學(xué)術(shù)期刊《自然》以Article形式在線發(fā)表了由中國科學(xué)院上海生命科學(xué)研究院植物生理生態(tài)研究所中科院昆蟲發(fā)育與進(jìn)化重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室詹帥研究組與美國芝加哥大學(xué)及馬薩諸塞大學(xué)醫(yī)學(xué)院等合作完成的關(guān)于帝王蝶（Danaus plexippus）長距離遷飛的遺傳基礎(chǔ)的研究論文，《自然》同時(shí)發(fā)表了News and Views，對(duì)該項(xiàng)研究進(jìn)行了評(píng)述。

　　昆蟲是地球上種類最多的生物類群，體現(xiàn)了強(qiáng)大的環(huán)境適應(yīng)能力。昆蟲的多樣性不僅體現(xiàn)在種間，種內(nèi)亦存在豐富的生物型，如遷飛型對(duì)非遷飛型和擬態(tài)等，這種微小尺度的變異為科學(xué)家研究物種進(jìn)化提供了豐富的素材。帝王蝶遷飛是自然界中最為壯觀的自然景象之一，北美地區(qū)的帝王蝶每年周而復(fù)始地完成數(shù)千公里的長途遷飛到達(dá)墨西哥進(jìn)行越冬以適應(yīng)溫帶地區(qū)的四季變化。然而，分布于熱帶地區(qū)的帝王蝶及其近緣種不具有遷飛特性。

　　研究人員從涵蓋當(dāng)今世界上主要的帝王蝶分布區(qū)域中，選取了包括遷飛型和非遷飛型的22個(gè)地理種群、5個(gè)近緣種的101只Danaus屬蝴蝶進(jìn)行了全基因組重測序和群體遺傳學(xué)分析。該項(xiàng)研究表明現(xiàn)存的帝王蝶起源于北美地區(qū)，且祖先屬于遷飛型，打破了先前認(rèn)為包括鳥類等在內(nèi)的遷飛物種均是熱帶起源，只在種群擴(kuò)散到溫帶地區(qū)后才進(jìn)化出遷飛行為的普遍認(rèn)知。其次，帝王蝶被認(rèn)為具有多套獨(dú)特的代謝調(diào)節(jié)通路，如導(dǎo)航、生物節(jié)律、化學(xué)感應(yīng)等來完成長距離遷飛這一復(fù)雜的生命現(xiàn)象。但研究人員利用群體遺傳學(xué)分析對(duì)全基因組進(jìn)行精細(xì)掃描發(fā)現(xiàn)，僅有包括與肌肉形成相關(guān)的collagen IV家族基因在內(nèi)的基因組區(qū)域展現(xiàn)了非常顯著的選擇信號(hào)，而其他的功能通路和相關(guān)基因并沒有表現(xiàn)出特殊的自然選擇痕跡。從而表明，與飛行相關(guān)的肌肉發(fā)育進(jìn)化是帝王蝶實(shí)現(xiàn)長距離遷飛的主要適應(yīng)性選擇。此外，該項(xiàng)研究還關(guān)注了帝王蝶鮮艷體色的維持機(jī)制，通過全基因組關(guān)聯(lián)分析，一個(gè)與小鼠體色相關(guān)的myosin家族同源基因被鑒定出來，從而將無脊椎動(dòng)物與脊椎動(dòng)物的體色調(diào)節(jié)機(jī)制聯(lián)系在一起。

　　詹帥研究組以鱗翅目、半翅目等昆蟲為材料，通過基因組學(xué)、群體遺傳學(xué)、生物信息學(xué)及功能基因組學(xué)等手段在微進(jìn)化水平研究昆蟲對(duì)環(huán)境的適應(yīng)機(jī)制。用于該研究的蝴蝶樣品來自于多家合作單位的貢獻(xiàn)，包括美國芝加哥大學(xué)和斯坦福大學(xué)的科研人員分別貢獻(xiàn)的關(guān)于帝王蝶體色關(guān)聯(lián)分析和飛行行為觀測的原始數(shù)據(jù)等。該項(xiàng)研究獲得了包括中國科學(xué)院項(xiàng)目在內(nèi)的國內(nèi)外多家單位的經(jīng)費(fèi)支持。

上海生科院合作揭示帝王蝶長距離遷飛的遺傳機(jī)制