摘要：蝴蝶和飞蛾翅膀颜色的变化长期以来被归因于皮层基因，实际上是由一种抑制色素基因的microRNAmir-193控制的。 这一发现在物种中是一致的，突出了非编码 RNA 在表型多样性中的关键作用。

蝴蝶和飞蛾翅膀颜色的变化长期以来被归因于皮层基因，实际上是由一种抑制色素基因的microRNAmir-193控制的。 这一发现在物种中是一致的，突出了非编码 RNA 在表型多样性中的关键作用。

一对野生型（左）和 mir-193 突变体（右）的 B. anynana 蝴蝶交配。

蝴蝶和飞蛾（鳞翅目昆虫）的翅膀颜色图案种类繁多，许多物种由于黑色素的存在或缺乏而呈现出黑白或深浅不一的变化。 这些变异往往是自然选择和进化的经典范例。 著名的例子包括英国桦尺蛾（Biston betularia）黑色形态的迅速崛起，它适应了 19 世纪末英国工业化时期煤烟变暗的环境，以及袖蝶属蝴蝶的拟态多样性。

虽然人们通常很清楚驱动基于黑色素的翅膀图案进化的生态因素，但这些色彩变化背后的遗传和发育机制却不太清楚。

在过去的二十年里，科学家们发现，大多数黑色翅膀的颜色变异是由蛋白质编码基因"皮质"周围的一个基因组区域控制的。 因此，人们认为皮质是黑色的颜色开关。 由新加坡国立大学生物科学系的 Antónia Monteiro教授和 Shen Tian博士领导的一个由来自新加坡、日本和美国的国际研究人员组成的研究小组发现， 皮层并不影响黑色素的着色。 相反，一种以前被忽视的微核糖核酸（miRNA）才是真正的颜色开关。

该研究成果于2024年12月5日发表在科学杂志上。

这项工作的第一作者Tian博士说："以往研究的大量证据让人怀疑皮质是否真的是黑色素颜色开关，这激发了我去检验这个基因组区域内其他一些基因组特征--miRNA--的功能。 "他曾在新加坡国立大学蒙泰罗教授的实验室担任博士/博士后研究员，现在是美国杜克大学的博士后研究员。

视频短片展示了该团队开展的研究，重点介绍了他们的研究方法和主要发现。

"MiRNA是一种小RNA分子，不像大多数基因那样编码蛋白质，但它们通过抑制靶基因的表达，在基因调控中发挥着至关重要的作用。"

在这项研究中，田博士及其同事发现了位于皮质附近的 miRNA，即 mir-193。该团队使用基因编辑工具 CRISPR-Cas9 在三种高度分化的蝴蝶谱系中破坏了 mir-193。彻底破坏 mir-193 后，非洲偏瞳蔽眼蝶 Bicyclus anynana、东方菜粉蝶 Pieris canidia 和常见的玉带凤蝶 Papilio polytes 的翅膀颜色都变成了黑色和深色。相比之下，破坏偏瞳蔽眼蝶中同一基因组区域的皮质和其他三种蛋白质编码基因对翅膀颜色没有影响。这表明，mir-193，而不是皮质或任何其他附近的基因，是这些鳞翅目昆虫的关键黑色素调节剂。

研究小组进一步证实，mir-193是由一种长的非蛋白编码RNAivory加工而成的，它通过直接抑制多个色素沉着基因来发挥作用。 由于mir-193的序列不仅在鳞翅目昆虫中而且在整个动物王国中都是高度保守的，研究小组还测试了mir-193在果蝇中的作用。 令人惊讶的是，研究发现mir-193也能控制这些苍蝇的黑色素着色，这表明mir-193的作用在鳞翅目以外的昆虫中得到了很好的保护。

Monteiro教授说："以前的研究只关注皮层在产生黑色变异中的作用，而这项工作给这一由来已久的假说带来了转折，证明了一种小的非蛋白编码RNA是开关，通过表达或不表达，带来了自然界中多种多样的黑色翅膀颜色变异。这项研究表明，在基因型-表型关联研究中，决不能忽视注释不全的非蛋白编码RNA，如miRNA，否则会导致误导性结论。"

非编码RNA在表型多样化中的作用在很大程度上未得到充分研究。 这项研究促使人们进一步研究miRNA等非编码RNA如何促进生物的表型多样化。

编译自/ScitechDaily

来源：cnBeta一点号