康奈尔大学的研究人员已经确定了三种改变七叶树蝴蝶翅膀颜色的基因，这取决于一年中孵化和幼虫发育的时间。
如果幼虫在一年中较早发育，那时白天较短，气温较低，蝴蝶(Junonia coenia)会在夏季成熟，翅膀呈棕褐色。但如果幼虫在一年中较晚的时候发育，那时白天更长、更暖和，蝴蝶就会在秋天成熟，翅膀呈红色。
常见的七叶树有两种季节性的颜色变化;顶部是褐色的夏季图案，底部是红色的秋季图案。
这项研究很重要，因为它确定了基因，这些基因允许有机体改变它的外观以应对环境。
“这是第一个研究我知道有人发现特定的基因控制的先天和后天之间的关系,“研究高级作者罗伯特·里德说,生态学和进化生物学教授在艺术与科学学院和农业与生命科学学院。
卡琳·范德伯格(Karin van der Burg)是里德实验室的一名研究生，她是《季节性基因同化色彩图案的基因组结构》(Genomic Architecture of a genetic同化季节性色彩图案)一书的第一作者，于11月6日发表在《科学》(Science)杂志上。
范德伯格说:“我们有一些证据表明，在较冷的条件下，秋天出现的深红色翅膀有助于调节温度。”她说，“它们变暖的更快”，因为深颜色善于吸收光和热。当树叶变色时，红色也可以帮助这些蝴蝶伪装。
里德说，像雪鞋兔这样的北极动物会根据季节来回变黑变亮，以融入周围的环境，而许多昆虫，比如常见的七叶树，在生命的早期阶段就能感知环境，并做出不可逆转的发育决定。
此外，在这个物种中，不同的常见七叶树的种群对环境信号的反应比其他种群更灵敏。“事实上，在一个物种内部，先天和后天的关系存在着遗传变异，”里德说。
在研究中，范德伯格在实验室中创造了两种常见的七叶树蝴蝶种群。其中一种能够根据环境变化改变翅膀的颜色。然后范德伯格使用人工选择让那些对环境反应较弱的个体持续交配，最终选择那些对季节信号没有反应的个体。
研究人员使用基因编辑技术删除了控制颜色图案变化的基因，这导致了遗传的秋季图案(左图)在一些区域变成了季节性的夏季图案。
她说:“仅仅过了几代，我们就有了两种基因，一种能够改变颜色，另一种基本上是红色的，无论我们在什么条件下饲养它们。”
利用各种技术，包括基因图谱和全基因组关联研究，研究人员确定了基因组中与这种对季节线索作出反应的能力相关的四个基因座或区域。然后，他们比较了这两组基因，并观察哪些基因在这些基因座中表达不同。他们发现了三个有趣的基因，通过使用CRISPR-Cas基因编辑技术使每个基因失效并观察其效果，证实了它们确实导致了颜色的变化。
范德伯格说:“如果你敲除这些基因，你会清楚地看到翅膀颜色的变化，不同区域的细胞有固定的红色，或由环境诱导的棕褐色。”
里德说，通过识别特定的基因，研究人员现在可以探索涉及先天和后天决定的机制。
这些发现也为已经编码在基因组中的变异可以在环境压力下被释放的观点提供了证据。里德说，遗传变异和环境压力之间的相互作用导致了长期的遗传变化，这是自然选择和进化的基础。
这项研究由美国国家科学基金会资助。
新闻旨在传播有益信息，英文原版地址：http://news.cornell.edu/stories/2020/11/genes-shift-butterfly-wing-colors-identified