【繽紛生態】玉帶鳳蝶的擬態基因

十幾年前已有學者假設蝴蝶多樣化的擬態可能是來自單一基因。

Papilio polytes romulus (Common Mormon) male
玉帶鳳蝶。圖片來源|www.butterflycircle.com

作者|Ed Yong
編譯|
陳冠吟

雌玉帶鳳蝶有好幾種不同的圖樣,有些長得像黑底白點的雄蝶,但有些是模擬其它有毒的鳳蝶,好騙過天敵,以為它們同樣有毒。一直以來,科學家都以為蝴蝶的偽裝是由一組「超級基因」所控制,也就是一群基因各自管控翅膀上不同圖樣,但美國芝加哥大學研究人員肯福斯特(Marcus Kronforst)和印度塔塔基礎研究院的同事昆特(Krushnamegh Kunte)發現,有一種雙性基因(doublesex)能幫助蝴蝶擬態,隨著基因在不同週期時,蝴蝶能以不同圖樣模擬其它種類。他們的研究報告已在3月5日發表於《Nature》期刊上。

他們將非擬態的雌蝶與一般的紅紋鳳蝶相比,找出與擬態相關的基因組,最後找出了五個基因,其中四個基因在所有雌蝶中都非常相像。而關鍵就在第五個基因,也就是雙性基因上,非擬態雌蝶與一般鳳蝶的差異多達1000多個核苷酸。昆特說,在蒼蠅或甲蟲上,這段基因通常具高度保留性,但在雌鳳蝶的擬態和非擬態上卻是高度變異。雙性基因本身的功能是決定蝴蝶性別,所以當這種特點發現時,昆特說:「真是讓人意外,這跟原本功能的大相逕庭,難以置信」。

研究人員也發現,當雙性基因被轉錄至RNA時,其轉錄產物會分成四個形態,其中三種出現在雌性,一種出現在雄性,這也就解釋了為什麼雌性鳳蝶有著多變的偽裝。不過不管身上的顏色為何,每隻雌蝶身上都有三種異構物。實驗顯示,雙性基因在擬態的雌蝶上,尤其是翅膀上有白色圖樣的部份。

英國科學家克拉克爵士(Sir Cyril Clarke)和雪佛(Philip Sheppard)在1960年代就有類似的想法,他們認為玉帶鳳蝶上的圖樣是全部一起遺傳的,而不是分開遺傳。這個概念影響深遠,但關於這群基因確切的角色,目前仍尚未驗證。

雖然雙性基因只是一個單一的基因,但它仍然適用與克拉克和雪佛提出的經典概念。昆特和肯福斯特發現,擬態雌蝶的雙性基因與非擬態的雙性基因排列相反,在基因組裡面位於相反的位置,就能防止對偶基因彼此混淆,一千種突變就能一起遺傳。雙性基因不是一群緊密連結的基因,而是一個單一的基因裡,有著一叢連在一起的突變。

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研究出處:Supergene Discovered in Lookalike Butterflies
譯者:陳冠吟 科教中心特約寫手,從事科普文章編譯。

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