蝴蝶翅斑的免疫调控新机制：伤口诱导眼斑形成揭示发育与防御的进化关联

《BMC Biology》：Wound-induced eyespots on butterfly wings at the intersection of immune response and pigmentation development

本研究针对蝴蝶翅斑这一进化新颖性状的起源问题，探讨了免疫应答在伤口诱导眼斑形成中的作用。通过调控蛹翅伤口处的细菌刺激水平，研究人员发现免疫激活虽不改变眼斑形成概率，但显著扩大其面积，并系统性影响翅大小及天然眼斑发育。该成果发表于《BMC Biology》，为理解免疫-发育互作如何驱动形态创新提供了关键证据。

　　

蝴蝶翅膀上那些宛如眼眸的斑纹（eyespots），不仅是自然界的艺术杰作，更是进化发育生物学（Eco-evo-devo）研究的重要模型。这些对称排列的同心圆色斑在求偶与捕食防御中扮演关键角色，其形成机制被认为与祖先遗传通路的重新利用有关，尤其是伤口愈合过程。然而，伤口如何精确触发局部色素模式的形成，其中免疫系统是否参与调控，仍是未解之谜。

为探究这一问题，葡萄牙古尔班基安科学研究所与里斯本大学的研究团队以热带蝴蝶Bicyclus anynana为对象，展开了一项创新研究。他们发现，蛹翅伤口会激活免疫防御基因，而人为调控免疫挑战强度能显著改变眼斑大小，揭示了免疫应答与形态建成的深层关联。相关成果于2025年发表于《BMC Biology》，为理解生物创新性状的起源提供了新视角。

关键技术方法

研究通过显微手术在蛹翅特定位置制造标准化伤口，并施加梯度浓度的热灭活大肠杆菌（Escherichia coli）以模拟不同免疫挑战水平。利用实时定量PCR（qPCR）和原位杂交（ISH）分析基因表达动态，结合高分辨率翅面扫描与图像分析，量化眼斑面积与翅形态变化。实验设计涵盖双侧翅膀对比（局部vs系统效应），并通过统计模型（线性混合模型、生存分析等）验证结果的可靠性。

结果

1. 伤口激活免疫与黑化相关基因

qPCR显示，伤口显著上调了抗菌肽（如cecropin D、gloverin）、病原识别蛋白（如c型凝集素10）及黑化酶基因（如酪氨酸羟化酶ple）的表达。ISH进一步证实这些基因在伤口周围呈环形分布，与后期眼斑形成的空间模式吻合。

2. 细菌剂量梯度验证免疫应答强度

施加10⁶-10⁷热灭活细菌可导致蛹期延长、死亡率上升（最高36%），并诱发伤口周围黑化斑点（melanotic spots）。基因表达分析表明，高剂量细菌处理使glv、ple等基因在受伤翅及对侧未受伤翅中均上调，证实系统免疫应答的存在。

3. 免疫挑战调控眼斑大小而非形成概率

所有伤口处理组中超过81%个体形成异位眼斑，但概率无组间差异。然而，眼斑面积随免疫挑战增强而显著扩大（Ec7组最大），且该效应仅局限于细菌处理侧翅膀。同时，高免疫挑战导致翅面积缩小，天然眼斑（nA、nP）比例性减小，提示免疫激活可能通过能量分配或信号干扰影响发育。

结论与意义

本研究首次明确免疫激活是伤口诱导眼斑形成的关键调控因子，其通过扩大色素模式范围而非启动眼斑发生，凸显了免疫-发育互作（pleiotropy）在性状进化中的重要性。JNK信号通路可能介导了这一过程，因其已知参与伤口愈合、翅大小调控及潜在形态梯度建立。成果从“基因共选”（co-option）角度阐释了蝴蝶眼斑这一进化新颖性的起源，为理解免疫系统在跨物种色素模式形成（如蛾类、鱼类）中的保守作用提供框架。未来研究需聚焦关键通路分子机制，揭示免疫信号如何整合到现有眼斑发育网络中。