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帝王蝶（Danaus plexippus）迁徙行为备受关注，北美种群数量下降，而澳洲种群迁徙行为却重新出现。研究人员对澳洲帝王蝶开展研究，发现与迁徙滞育相关的新遗传关联。这为理解帝王蝶迁徙演化及保护提供重要依据。
在奇妙的自然界中，帝王蝶的迁徙之旅堪称一场壮观的生命奇迹。它们跨越千山万水，在不同季节往返于繁殖地和越冬地之间。然而，近年来帝王蝶的生存状况却令人担忧。北美地区的帝王蝶，其迁徙种群数量出现了明显的下降趋势。大量的帝王蝶在越冬时数量锐减，这引发了人们对于它们可能在不久的将来灭绝的担忧。与此同时，一些原本应该迁徙的北美帝王蝶，却在南方的一些地区变成了全年的定居者，这一现象使得它们的迁徙行为面临着严峻的挑战。
而在遥远的澳大利亚，情况却截然不同。这里的帝王蝶种群，是在 19 世纪 40 年代从北美引入后逐渐建立起来的。在最初的很长一段时间里，它们并没有表现出迁徙的行为。然而，到了 20 世纪 30 年代，人们惊讶地发现，这些帝王蝶竟然重新开始了迁徙。这一奇特的现象让科学家们感到十分好奇：为什么在经历了数百代的定居生活后，澳洲帝王蝶的迁徙行为会再次出现呢？背后的遗传机制又是什么呢？为了解开这些谜团，来自美国加利福尼亚大学戴维斯分校（University of California, Davis）、科罗拉多州立大学（Colorado State University）、加拿大多伦多大学（University of Toronto）以及澳大利亚昆士兰大学（The University of Queensland）的研究人员组成团队，开展了一项深入的研究。这项研究成果发表在了《BMC Ecology and Evolution》杂志上，为我们揭示了其中的奥秘。
研究人员为了深入探究澳洲帝王蝶迁徙行为重新出现的遗传机制，运用了多种关键技术方法。在样本采集方面，他们于 2018 年 7 月从澳大利亚昆士兰州的 Pinjarra Hills 采集了 22 只雌性帝王蝶，并成功获取了它们的后代卵 。之后，采用减少代表性测序（reduced representation sequencing）技术，对样本进行 DNA 测序和基因分型。通过全基因组关联研究（GWAS），分析基因位点与生殖滞育之间的关联。
研究结果
- 表型结果与测序：研究共培育了 204 只成年雌性帝王蝶，其中 103 只完全成熟，78 只部分成熟，23 只未成熟。测序获得大量数据，经过筛选后用于后续分析。同时，利用之前的样本数据，对 Karst 基因进行基因分型1。
- 滞育的遗传基础：研究发现母系家族对模型拟合有显著影响。通过 GWAS 分析，确定了三个与生殖发育显著相关的基因组区域，位于染色体 17、19 和 29 上。其中，位于染色体 29 上的 Karst 基因与滞育起始密切相关，该基因编码的血影蛋白 β 链蛋白参与肌动蛋白丝结合 。六个 Karst 基因位点的基因型能够解释约 13.6% 的生殖发育变异，且该基因与滞育的关系显著2。
- Karst 基因型在不同地区的分布：研究人员对北美和太平洋地区的帝王蝶进行分析后发现，与澳大利亚滞育相关的 Karst 单核苷酸多态性（SNPs）在北美和太平洋地区均有存在，但频率各不相同 。在夏威夷，这些等位基因很少见甚至不存在，而在澳大利亚和北美，其频率处于中等水平3。
研究结论与讨论
综合研究结果，研究人员得出结论：澳大利亚帝王蝶的生殖滞育受到一种新的遗传机制影响，Karst 基因在其中发挥了重要作用。此前确定的可变迁徙基因组区域与该种群的滞育并无关联。滞育相关的 Karst 基因变异在北美也存在，这表明这些变异很可能是祖先遗传下来的，在物种扩张过程中经过多次瓶颈效应仍得以保留 。
这项研究具有重要的意义。它为我们理解帝王蝶迁徙行为的演化提供了新的视角。过去，我们对于帝王蝶迁徙的遗传机制了解并不全面，而这项研究发现的 Karst 基因，为我们揭示了迁徙滞育背后的遗传密码。同时，研究结果也让我们看到，即使帝王蝶经历了数百代不迁徙的时期，它们依然保留了与迁徙相关的遗传变异。这意味着，对于其他面临迁徙行为丧失问题的物种来说，或许也存在恢复迁徙能力的可能性。此外，澳洲帝王蝶种群中保留的迁徙等位基因，为北美帝王蝶种群的保护提供了潜在的资源。如果未来北美帝王蝶的迁徙行为进一步衰退，这些澳洲的迁徙等位基因或许能够成为拯救它们的关键。 总之，这项研究不仅加深了我们对帝王蝶这一迷人物种的认识，更为生物多样性保护和物种演化研究提供了宝贵的信息，激励着更多的科学家去探索自然界中更多未知的奥秘。
