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科学家找到帝王斑蝶服毒长大的祕密:只需要基因 3 个关键突变


科学家找到帝王斑蝶服毒长大的祕密:只需要基因 3 个关键突变

帝王斑蝶在毛毛虫阶段时吃毒草长大,也因此成蝶后牠们本身带毒,对猎食者而言是最难吃的食物。最近新研究发现了为何这种昆虫能对毒草免疫,科学家还以基因编辑技术让果蝇产生基因突变,使牠们因此获得相同的抗毒能力。

帝王斑蝶(monarch butterfly)生命週期属于完全变态,在毛虫阶段时,幼虫的食物来源为乳草,这种植物已经演化出防御策略来对抗吃它们叶子的毛毛虫,尤其是一种称为卡烯内酯(Cardenolide,或称强心甾)的化合物,一定剂量就可以让心脏停止跳动或破坏神经系统(包括人类),非洲猎人会在箭尖涂上这种毒性物质狩猎。

然而道高一尺魔高一丈,帝王斑蝶也藉此发展出自己的防御系统,首先雌蝶专挑乳草产卵,幼虫孵化后开始啃乳草叶子长大,并将卡烯内酯毒素储存在体内一路破蛹成蝶,使自己全身带毒以防御鸟类猎捕。

除了帝王斑蝶,还有其他约 20 种昆虫也能抵抗乳草毒性,比如飞蛾、甲虫、黄蜂、苍蝇、蚜虫、象鼻虫等,大多数外型都呈现鲜豔橘色。

科学家数十年来对此现象感到不可思议,而最近,一组研究人员宣布他们已经确认了其中的进化祕密──只需要 3 个关键突变,改变某段基因中的 3 个核苷酸,就可以让蝴蝶体质从不耐毒性变成超级抗毒性。

此外,研究人员还尝试以 CRISPR-Cas9 基因编辑技术使果蝇基因突变,竟成功导致果蝇也产生服毒不死的体质;或者说基因突变的果蝇对乳草毒素的敏感性,比一般果蝇低 1,000 倍。

不过,这 3 个突变必须按照顺序发生,否则果蝇无法倖免于单一突变带来的副作用,比如癫痫发作。这是科学家第一次利用基因编辑在多细胞生物中引导出进化突变,CRISPR-Cas9 技术将变得越来越强大。

新论文发表在《自然》(Nature)期刊。





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