Cell:马萨诸塞大学破译帝王蝶基因组

上一篇 / 下一篇  2011-11-30 18:52:22

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作者:来源:2011-11-30 11:37:07

11月29日,据国外媒体报道,美国科学家近日成功破译了地球上唯一的迁徙性蝴蝶—帝王蝶(monarch butterfly)的基因组序列,确定了它们的识别方向基因,解析了为什么这些蝴蝶能记住迁徙过程中的时间和空间,这也是首个长途迁徙标志性基因组成果。

每年秋季,数百万只帝王蝶从美国东北部和加拿大南部飞越数千公里、历时两个月来到温暖的墨西哥中部林区过冬。到来年3月,帝王蝶又会不远万里向北飞回原来的栖息地。研究发现,它们在飞行过程中,利用太阳为自己导航。长期以来,科学家们一直对这一生物学机制着迷。

为了解开在这个非凡的旅程中起重要作用的基因和调控元素,美国马萨诸塞大学医学院(University of Massachusetts Medical School)的神经生物学家首次破译了帝王蝶基因组序列,使之成为首个被破译的蝴蝶基因组。此项研究报告的资深作者、神经生物学教授史蒂芬·瑞普尔特(Steven M. Reppert)说:“一次迁徙过程往往需要至少两代蝴蝶来完成。它们从来没有去过越冬的地方,也没有亲属为它们领路,帝王蝶迁徙行为背后一定有一个遗传程序,我们想知道该程序是什么,以及它的工作原理。”

了解帝王蝶的基因、行为和生理适应性之间的关系,或许对人类相似的关系产生新的见解。例如,生物钟是帝王蝶进行远程迁徙的重要组成部分,它们通过太阳获得导航能力。现在我们知道,这在人类生物学中也发挥着举足轻重的作用,激素水平、药代动力学(pharmacokinetics)和病情,如在清晨心脏病的发病率增加,揭示了时空变化对人体生理生物钟的突出影响。了解生物钟的分子机制已经揭示生物钟基因突变如何导致睡眠时间紊乱,新的见解可以解释生物钟基因突变如何导致抑郁症和季节性情感障碍等疾病的发生。

史蒂芬与同事结合遗传学进行分析,他们估计帝王蝶有16866套蛋白质编码基因,包括几个可能涉及帝王蝶的季节性迁徙习性的基因。新测序的帝王蝶基因组包括:1、确定在视觉输入和太阳罗盘中央处理区有关的基因;2、帝王蝶的生物钟的全部分子组成;3、对成功迁移起关键作用的所有成员的保幼激素(juvenile hormone )生物合成途径;4、额外的导向飞行行为的分子标签;5、帝王蝶特定气味受体可能对长途迁徙有重要作用;6、一种有价值的化学防御机制,在迁移过程中可以击退捕食者。

此项研究得到美国国家卫生研究所(the National Institutes of Health)的支持,该研究所的劳里·汤普金斯(Laurie Tompkins)说:“之所以破译帝王蝶基因组,这是因为帝王蝶是地球上唯一进行季节性长途迁徙的蝴蝶,基因组测序结果表明其特殊习性和生理适应性使它们能够进行远距离迁移。“

史蒂芬说:“在基本的大脑处理机制中,用于长途迁徙的导航机制很难破译。解析帝王蝶长途迁移的遗传基础可以帮助我们了解这些机制,不仅可以深入了解帝王蝶的奇特本能,还了解其它迁徙性动物,包括候鸟和海龟。”


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