基因开关使得雄性蜜蜂的眼睛大，而雌性蜜蜂的眼睛小

蜜蜂研究人员在蜜蜂身上发现了一种新的基因，这种基因负责雄性和雌性之间的双形态眼睛分化。研究人员现在展示了这种基因以及他们从中得出的进化遗传结论。

　　

由马丁·贝耶教授领导的海因里希·海涅大学的蜜蜂研究人员在蜜蜂身上发现了一种新基因，该基因负责该物种雄性和雌性之间的双形态眼睛分化。研究人员现在在科学杂志《自然通讯》上发表了这种基因以及他们从中得出的进化遗传结论。

雄性和雌性之间的差异在动物有机体中是非常普遍的。它们不仅限于形态分化，即动物形态和结构的差异，而且还影响生理和行为。这同样适用于无脊椎动物和脊椎动物。这种“性别二态性”有助于生物的生物多样性，例如雄性孔雀的彩色羽毛和尾巴或蝴蝶的彩色。

然而，我们对这种二态性的发育和进化机制的认识仍然有限。一种发育调节基因，即“dsx基因”，已在遗传模式生物中被发现。但是这个基因本身并不能说明其他生物的性别二态性。此外，还不清楚在进化过程中，性别特有的发育功能是如何出现的，即一个性别的优势会导致另一个性别的劣势。

由HHU进化遗传学研究所的Martin Beye教授领导的工作组的专业领域是蜜蜂(Apis mellifera)，这种蜜蜂在雄性和雌性的眼睛中表现出明显的二态性:雄性有非常大的复眼，这使它们能够在交配飞行中定位蜂王。雌性有小的复眼，但足以用于定位和寻找花朵。

贝耶教授和他的团队与荷兰瓦赫宁根大学的同事一起，检查了蜜蜂的整个基因组，寻找可能的性别特异性发育调节基因，并确定了他们命名为“glubschauge基因”。

该基因调节性别特异性的眼睛形态。研究人员进行了如下工作:使用CRISPR/Cas9方法，他们关闭了雌性的基因，导致动物的眼睛发育成该物种雄性的形状。相反，他们将这种基因添加到雄性身上，使它们的眼睛发育得像雌性一样。在这样做的过程中，他们发现了一种在进化过程中出现的新的发育基因，也被称为“转录因子”。

贝耶教授:“我们的研究结果表明，第二性征的多样性在发育过程中是如何被调节的。我们能够证明以下原则:对每个特征使用单独的遗传指令程序。对于蜜蜂这个有机体整体来说，并没有通用的指令。”

研究人员还对“glubschauge基因”的进化史感兴趣:这种基因是如何具有决定性别的功能的?贝耶教授:“我们的发现解决了进化生物学中一个长期存在的谜团。到目前为止，还没有证据表明，一种性特征进化的积极影响不会导致另一种性别的不利影响。我们现在能够展示这是如何工作的。”

通过进化序列分析，研究小组确定这种性别特异性功能只在膜翅目昆虫的进化过程中出现。他们发现，性别特异性表达最先进化，而发育功能随后出现。Beye:“最初的性别特异性规定将随后的发育变化限制在一种性别。因此，我们已经证明了性别二态性可以从进化上起源的分子路径。”

Journal Reference:

1. Oksana Netschitailo, Yidong Wang, Anna Wagner, Vivien Sommer, Eveline C. Verhulst, Martin Beye. The function and evolution of a genetic switch controlling sexually dimorphic eye differentiation in honeybees. Nature Communications, 2023; 14 (1) DOI: 10.1038/s41467-023-36153-4