Nat Eco Evo | 一个基因“开关”点亮了六千万年蝴蝶季节可塑性的演化

昆虫常常以令人惊叹的方式适应周围环境。有些昆虫甚至会随着季节变化而改变体色。这种被称为可塑性的发育灵活性有助于它们的生存，但其进化起源仍然是个谜。

2025年10月24日， 新加坡国立大学生物科学系Antonia Monteiro教授和博士生田申（现美国杜克大学 博士后） 团队在NatureEcology & Evolution上发表了文章A novel Hox gene promoter fuels the evolution of adaptive phenotypic plasticity in wing eyespots of satyrid butterflies， 该研究发现了一个约六千万年前诞生的一个DNA“开关”，可以帮助热带蝴蝶根据季节性温度调整翅膀眼斑的大小，揭示生物性状环境敏感性的宏观演化过程。这成果可能为未来理解并增强生物在气候变化中的适应能力提供见解。

Monteiro教授表示： “ 许 多 热 带 蝴蝶的外 观 会根据它 们 在旱季 还 是雨季出 现 而呈 现 出 显 著的差异。我 们 研究的非洲蝴蝶 偏瞳蔽眼蝶 就是 这样 一个例子。 ”

在雨季高温环境下，这些蝴蝶的翅膀上会长出更大的眼斑。在旱季低温环境下，这些眼斑会变小。这些季节性变化有助于蝴蝶在不同季节利用不同策略躲避天敌捕食（图1）。 在雨季，大眼斑会把捕食者的攻击引导到眼斑所在的翅膀边缘，以便蝴蝶及时逃脱。在旱季，小眼斑使得整个褐色蝶翅完美融入落叶打造的背景中， 让 捕食者很难发现。早 期研究表明， 蝴蝶幼虫发育阶段的环境温度 会触 发这 种 成虫眼斑的 变 化， 并且 这 种明 显 的 眼斑大小对 温度 的 响 应 是 包括 偏瞳蔽眼蝶在内的 眼蝶亚科 蝴蝶 （ 约2700现存物种）所 独有的。

图1 : 一对交配中的旱季性（左）和雨季型（右） 偏瞳蔽眼蝶。（ 版权： William Piel ）

在 这项 研究中，研究 团队 将目光锁定在一个名为 A ntennapedi a （ An tp ） 的 基因。 该基因是 一系列高度保守的调控生物基本形体的基因成员之一。研究发现， Antp 在 眼蝶亚科蝴蝶 眼斑中的表达 随 环境温度升高而增强 。在两个眼蝶亚科蝴蝶中破坏该基因 会 使眼斑变小 ，尤其是在 温度较高时 。 这证实 了 Antp 在 促进眼蝶亚科眼斑大小的 季 节 可塑 性 中 的作用（图2）。

图2 : 在 偏瞳蔽眼蝶 中破坏 Antp 会 使 眼 斑 变小 ， 此现象在高温下更明显 （版 权 ：田申）

作为一个在动物界高度保守的核心 发育基因的成员之一， Antp 是如何在蝴蝶眼斑中被激活的呢？ 研究 团队发现了一个新的调控基因表达的DNA片段–启动子。研究发现，该新型启动子大约于6000万年前在眼蝶亚科中出现， 并特异性地激活了眼蝶亚科眼斑中心细胞中Antp的表达。 在 偏瞳蔽眼蝶中 破坏该启动子 显著 降低 了其 根据温度 调 整 眼斑大小 的能力 ， 证明了该启动子促进了眼蝶亚科眼斑可塑性的演化（图3）。

图3 : 一个新型启动子促进了眼蝶亚科眼斑随温度可塑性的演化 （版权：田申）

田申表示： “ 我们发现了一个 促进生物可塑性宏观演化的基因‘开关“ 。 此 发现 可 为 未来研究 揭示 此 类 功能性基因片段 在塑造 生物 对 环境 适 应 性方面所起的作用，以及 当前 气候 变 化下的 生物 保 护 工作提供参考。 ”

新加坡国立大学生物科学系Antonia Monteiro教授和博士生田申（现美国杜克大学 博士后） 为该论文共同通讯作者。田申为第一作者。

https://www.nature.com/articles/s41559-025-02891-5

制版人： 十一

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