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CURR OPIN INSECT SCI∣张蔚课题组受邀撰写综述揭示蝶翅花纹的演化创新模式

日期: 2023-11-21

自达尔文以来,生物学家不断尝试从演化的视角理解,自然界中如此巨大的生物多样性和复杂的生物构造是怎样形成的。蝴蝶的翅承担着重要而复杂的生物学功能,具有丰富的表型多样性,是研究表型多样性遗传和演化机制的经典体系。

2023年11月21日,北京大学生命科学学院张蔚课题组受邀在Current Opinion in Insect Science发表题为“The diversification of butterfly wing patterns: Progress and prospects”的综述论文,总结了关于蝴蝶翅花纹多样性的研究进展,揭示了蝴蝶翅花纹建立在保守发育框架之上的演化创新模式。

该论文首先以翅花纹提供的多种防御策略(图1a-e)和代表性的眼斑图案(图1f)为例,介绍了翅花纹复杂的生物学功能和表型多样性。接下来该论文从种间分歧(interspecific divergence)、种内多态性(intraspecific polymorphism)以及表型可塑性(phenotypic plasticity)三个递进的视角介绍了翅花纹多样性的研究进展,探讨了遗传因素和环境因素对于翅花纹的影响。

值得注意的是,在不同的演化尺度下,一系列基因(或基因座)在翅花纹多样性的形成过程中反复起到关键作用,而上述基因调控序列的变化可能是导致基因功能和表型改变的主要原因。这表明蝴蝶翅花纹的形成建立在保守的发育框架之上,而其表型的演化创新则依赖于基因顺式调控模式的变化。目前我们对于上述基因调控机制的认识非常有限,而多组学技术的整合和系统性的研究手段将为我们理解蝴蝶翅花纹的演化发育模式提供有力支持,促进我们对于生物多样性演化的认识。

图1. 蝴蝶(蛾)翅花纹的功能和表型多样性。例如警戒(a)、贝茨拟态(b)、缪勒拟态(c)、隐蔽(d)、伪装(e)及多功能的眼斑图案(f)。

蛋白质与植物基因研究国家重点一女战两男黑白双煞室、北京大学生命科学学院、北大-清华生命科学联合中心张蔚研究员为本论文的通讯作者,生命科学学院2019级博士研究生滕德群为本论文的第一作者。该项研究得到国家自然科学基金,北京市自然科学基金,北大-清华生命科学联合中心,蛋白质和植物基因研究国家重点一女战两男黑白双煞室等支持资助。

论文链接:https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S2214-5745(23)00134-7

参考文献:

1. Murugesan SN, Connahs H, Matsuoka Y, Das Gupta M, Tiong GJL, Huq M, Gowri V, Monroe S, Deem KD, Werner T, et al.: Butterfly eyespots evolved via cooption of an ancestral gene-regulatory network that also patterns antennae, legs, and wings. Proc Natl Acad Sci U S A 2022, 119:e2108661119.

2. Mazo-Vargas A, Langmüller AM, Wilder A, van der Burg KRL, Lewis JJ, Messer PW, Zhang L, Martin A, Reed RD: Deep cis-regulatory homology of the butterfly wing pattern ground plan. Science 2022, 378:304–308.

3. Van Belleghem SM, Ruggieri AA, Concha C, Livraghi L, Hebberecht L, Rivera ES, Ogilvie JG, Hanly JJ, Warren IA, Planas S, et al.: High level of novelty under the hood of convergent evolution. Science 2023, 379:1043–1049.