调节基因元素是蝴蝶翅膀形态进化的基础

根据一项新的研究，古老且高度保守的多功能基因调控元件在创造装饰蝴蝶翅膀的各种图案中发挥着关键作用。表型性状的进化通常是通过控制基因表达的基因组非编码区域的序列差异而发生的。然而，很少有研究描述了快速进化的性状背后的调控系统的历史。在被称为顺式调控元件(CREs)的位点上与DNA结合的转录因子可以开启或关闭基因表达，并影响基因表达的地点、时间和程度。在进化的时间尺度上，CREs的变异可能会改变邻近基因的表达，从而调节有机体的表型。蝴蝶的翅膀图案为评估这些进化变化背后的发育和遗传调控提供了一个很好的模型，因为一些关键主基因的基因表达的轻微变化，如WntA，会影响其他几个基因的表达，这些基因的表达直接导致数千个密切相关的物种翅膀颜色和图案的变化。通过比较序列分析，ATAC-seq和CRISPR敲除了五种蛱蝶科蝴蝶的46个CREs, Anyi Mazo-Vargas和他的同事发现，这个地面规划的主要方面是由一个古老的高度保守的非编码DNA序列阵列决定的。结果表明，尽管这个科的一些物种与其他物种有着非常不同的翅膀模式，但它们都与那些表现出保守的若虫类地面平面的物种共享相同的调节元素。Marianne Espeland和Lars Podsiadlowski在一篇相关的观点中写道:“Mazo-Vargas等人证明，尽管围绕着一个基因的调控环境可能在很长一段时间内是稳定的，但CREs的失去或获得可能突然导致进化变化。”“操纵CREs和观察表型变化的方法为研究发育生物学中的其他基因调控问题提供了可能性，例如与理解无脊椎动物的身体结构有关的问题。”

　　

在20世纪20年代，生物学家提出，蝴蝶翅膀图案的多样性是随着图案元素平面图的变化而演变的，这些图案元素的颜色、形状和位置在不同物种之间有所不同。Mazo Vargas等人发现，该平面图的主要方面是由一组古老的高度保守的非编码DNA序列决定的。这些调控序列既有正面影响，也有负面影响，非编码区之间的细微相互作用塑造了翅膀图案。因此，复杂、快速进化性状的深度同源性可以反映在非编码基因组序列中-LMZ和DJ

这项新的研究，古老且高度保守的多功能基因调控元件在创造装饰蝴蝶翅膀的各种图案中发挥着关键作用。表型性状的进化通常是通过控制基因表达的基因组非编码区域的序列差异而发生的。然而，很少有研究描述了快速进化的性状背后的调控系统的历史。在被称为顺式调控元件(CREs)的位点上与DNA结合的转录因子可以开启或关闭基因表达，并影响基因表达的地点、时间和程度。在进化的时间尺度上，CREs的变异可能会改变邻近基因的表达，从而调节有机体的表型。蝴蝶的翅膀图案为评估这些进化变化背后的发育和遗传调控提供了一个很好的模型，因为一些关键主基因的基因表达的轻微变化，如WntA，会影响其他几个基因的表达，这些基因的表达直接导致数千个密切相关的物种翅膀颜色和图案的变化。通过比较序列分析，ATAC-seq和CRISPR敲除了五种蛱蝶科蝴蝶的46个CREs, Anyi Mazo-Vargas和他的同事发现，这个地面规划的主要方面是由一个古老的高度保守的非编码DNA序列阵列决定的。结果表明，尽管这个科的一些物种与其他物种有着非常不同的翅膀模式，但它们都与那些表现出保守的若虫类地面平面的物种共享相同的调节元素。Marianne Espeland和Lars Podsiadlowski在一篇相关的观点中写道:“Mazo-Vargas等人证明，尽管围绕着一个基因的调控环境可能在很长一段时间内是稳定的，但CREs的失去或获得可能突然导致进化变化。操纵CREs和观察表型变化的方法为研究发育生物学中的其他基因调控问题提供了可能性，例如与理解无脊椎动物的身体结构有关的问题。”

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Deep cis-regulatory homology of the butterfly wing pattern ground plan