神奇的“迪斯科”基因 或能让蛾类掌控时间

地球上的 16 万多种蛾类，其最为人所知的特点是夜间飞行以及身为有力的传粉者。现在，一些蛾类为一个物种如何分化成具有不同特征的独立物种打开了一扇进化之窗。所谓的迪斯科基因或许是两种色彩斑斓的蛾类飞行模式存在显著差异的背后根源。这些发现发表于 8 月 27 日的《英国皇家学会学报 B：生物科学》杂志中的一项研究，该研究详细阐述了该基因如何助力调节白天或夜间飞行。

当物种分化时

在自然界中，随着时间的推移，一个物种可以分化成两个或更多个物种。当单个种群的个体在地理上被隔离时，就会出现这种被称为物种形成的过程。加拉帕戈斯群岛的雀类，即查尔斯·达尔文所研究的那些，是物种形成最著名的例子之一。当它们的种群分布在几个岛屿上并分别进化时，大约13 种雀类从一个单一的祖先分化而来。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，影响其基因的是它们最活跃的时间，而非像海洋或山脉这类物理障碍所导致的分离。在这项新研究中，研究小组重点研究了在美国东南部有重叠分布范围的两个密切相关的蛾类物种。

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玫瑰枫蛾归属于属 Dryocampa。它们的头部和腹部上方有厚厚的、蓬松的鬃毛，带有糖果色的粉色和黄色鳞片。雄性和雌性玫瑰蛾只在夜间飞行。

粉条纹橡木蛾的色泽稍显暗淡，属于 属Anisota。

“这两个[物种]极为相似，”研究合著者、佛罗里达自然历史博物馆的昆虫学家亚什·桑迪在一份声明中说道。“它们的色调更偏向土黄色、深棕色和灰色，显得较为朴实。雌性粉条纹橡木蛾在黄昏和傍晚时分活跃，而雄性则喜欢在白天飞行。

早期的研究发现，Dryocampa和Anisota大约在 380 万年前起源于同一个物种。按照进化的标准，这是相当近的，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跃，不像现代雌性粉条纹橡木蛾喜欢在黄昏和夜间飞行。夜间活动的玫瑰枫蛾也是Dryocampa属中唯一已知的物种。

最初，桑迪觉得这两种蛾子会是探索昆虫视觉如何进化以及一个物种何时改变其活动模式的好契机。然而，实际情况并非如此。

“我进去本是为了探寻色觉方面的差异。没想到，我们发现的却是他们生物钟基因的差异，现在回想起来，这倒也说得通，”桑迪说道。

“掌控时间”的基因

生物钟基因是控制动植物昼夜节律的特殊基因。生物钟基因所产生蛋白质的变化致使细胞在约 24 小时内处于活跃或休眠的状态。它们所产生的影响远不止于睡眠和清醒周期。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，并且在各种各样的生物体中都能发现。

“从果蝇到哺乳动物再到植物，在所有生物当中都留存着这样一个系统，”桑迪说道。

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发现它们的生物钟基因存在这些差异后，桑迪对这两种蛾类的转录组进行了比较。

转录组仅包含遗传物质的一个子集，并且决定着一个基因在生物体的细胞和组织中何时以及在何处开启或关闭。

相比之下，基因组包含了动物的所有 DNA。

这使得转录组在探索生物体全天蛋白质水平的差异时非常有用，因为它们对于这些蛋白质有着更具体的信息。

夜间活动的玫瑰枫蛾在嗅觉方面投入了更多能量，而白天飞行的橡木蛾产生了更多与视觉相关的基因。

“disco”基因及其“锌指”

在这次分析中，有一个额外的基因十分突出——disco。它是disconnected的缩写，disco在这两个物种的白天和夜间的表达水平有所不同。

在蛾类样本中所发现的disco基因大约是果蝇中对应基因的两倍大。它还具有额外的锌指。这些是基因的活跃部分，能够直接与蛋白质、DNA 和 RNA 相互作用。桑迪认为，disco基因的变化至少在一定程度上导致了玫瑰枫蛾向夜间飞行的转变。

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当他把玫瑰枫蛾的disco基因和橡木虫的disco基因作比较时，桑迪发现存在 23 个能将两者区分开的突变。这些突变也位于基因的活跃部分，所以它们也有可能造成飞蛾之间一些能看见的物理差异。

进一步的研究还能够帮助科学家弄清楚基因在野外的变化方式以及物种形成在分子水平上是怎么起作用的。