Nature里程碑：大型测序揭示共享基因

“进化生物学家常常困惑于不同物种是否能利用相同的基因，产生相似的特征，比如这种蝴蝶的翅膀图案。这项研究则告诉了我们，有时不同物种不仅能利用相同的基因，而且还是完全相同的DNA片段，这些片段是通过杂交而来的。”——哈佛大学Marcus Kronforst

　　

生物通报道：由来自八国32所研究机构，80位科学家组成的国际研究团队发表了题为“Butterfly genome reveals promiscuous exchange of mimicry adaptations among species”文章，公布了一种南美蝴蝶的基因组测序结果，这不仅揭示出了这种蝴蝶与其它种类蝴蝶相同与不同之处，也发现了不少与嗅觉味觉相关的基因，这一里程碑式成果公布在Nature杂志上。

这是被称为Heliconius基因组研究联盟首次公布的研究成果，这项研究分析了诗神袖蝶（Heliconius melpomene）的基因组——一种生活在秘鲁亚马逊的著名蝴蝶物种，并且以此数据为导向，研究人员还比较了此种蝴蝶，与另外两种亲缘关系近的蝴蝶：Heliconius timareta和Heliconius elevatus的基因组序列。

之所以选择这三个物种，是因为这几种蝴蝶翅膀具有相似的色彩图案，而这也正是蝴蝶躲避天敌的方式。令研究人员感到惊讶的是，这些不同种类的蝴蝶看起来很相像的原因，是它们具有相同的色彩图案基因组片段。

文章作者，哈佛大学James Mallet说，“这种蝴蝶在品种之间，以及其它种类品种之间具有极多数量的色彩图案模仿”，“我们发现这些品种共享了编码色彩图案位点的基因组片段，而这些片段对于蝴蝶野外生存具有重要的意义。”

研究人员认为，品种之间的遗传共享是杂交的结果，当两种不同物种的动物在野外交配的时候，就会出现杂交品种，但是这种情况很少出去，尤其是动物中。

获得的杂交后代常常具有与父本和母本相同的特征，虽然也可能出现进化终结，但是杂交过程也会引入新基因，这些基因能帮助这一群体更好的适应新环境，或者改变后的环境。

“我们发现蝴蝶能通过杂交，从其它品种中获得保护性色彩图案基因——这个过程比从头进化获得色彩图案过程，快得多”，文章作者，伦敦大学遗传学系，博士后Kanchon Dasmahapatra说。

“这个项目确实改变了我们一般对于适应性的看法观点”，来自哈佛大学，参与测序的Marcus Kronforst说，“进化生物学家常常困惑于不同物种利用相同的基因，能产生相似的特征，比如这种蝴蝶的翅膀图案。这项研究则告诉了我们，有时不同物种不仅能利用相同的基因，而且还是完全相同的DNA片段，这些片段是通过杂交而来的。”

除此之外，这项研究也在蝴蝶基因组中发现了丰富的嗅觉和味觉基因，之前研究人员认为蝴蝶等应属于视觉动物，不会有太多的嗅觉和味觉功能。但是在这项研究中，研究人员却发蝴蝶的触角中包含有嗅觉受体，而腿上还具有味蕾。

这项研究采用了新一代测序技术，因此无需耗费大量的项目资金，研究团队包括 Heliconius 基因组联盟九个实验室，他们是：

• 哈佛大学，伦敦大学 James Mallet实验室
• 英国埃克塞特大学Richard French-Const实验室
• 哈佛大学Marcus Kronfors实验室
• 法国国家自然历史博物馆Mathieu Joron 实验室
• 波士顿大学Sean Mullen 实验室
• 加州大学欧文分校Robert Reed, Adriana Briscoe实验室
• 英国爱丁堡大学Mark Blaxter 实验室
• 巴拿马史密森尼亚热带研究所Owen McMillan 实验室
• 剑桥大学Chris Jiggins实验室

（生物通：张迪）

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原文摘要：

Butterfly genome reveals promiscuous exchange of mimicry adaptations among species
The evolutionary importance of hybridization and introgression has long been debated1. Hybrids are usually rare and unfit, but even infrequent hybridization can aid adaptation by transferring beneficial traits between species. Here we use genomic tools to investigate introgression in Heliconius, a rapidly radiating genus of neotropical butterflies widely used in studies of ecology, behaviour, mimicry and speciation2, 3, 4, 5. We sequenced the genome of Heliconius melpomene and compared it with other taxa to investigate chromosomal evolution in Lepidoptera and gene flow among multiple Heliconius species and races. Among 12,669 predicted genes, biologically important expansions of families of chemosensory and Hox genes are particularly noteworthy. Chromosomal organization has remained broadly conserved since the Cretaceous period, when butterflies split from the Bombyx (silkmoth) lineage. Using genomic resequencing, we show hybrid exchange of genes between three co-mimics, Heliconius melpomene, Heliconius timareta and Heliconius elevatus, especially at two genomic regions that control mimicry pattern. We infer that closely related Heliconius species exchange protective colour-pattern genes promiscuously, implying that hybridization has an important role in adaptive radiation.