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黑腹果蝇走出非洲

生活在培养瓶中的果蝇

果蝇染色体示意图

曾经,黑腹果蝇(Drosophila melanogaster)只生活在撒哈拉以南非洲,但在一万年前,它开始飞向亚洲和欧洲。这一时间段,农业刚刚兴起,人们开始驯养牛羊和家猫。由于现在尚未找到全球变暖和人类农业活动的关联,所以很可能,果蝇向北扩张是由于遗传学因素,并非气候驱动。这个有趣的现象近日被维也纳兽医大学(Universityof Veterinary Medicine)的C. Schlötterer证实并发表在《公共科学图书馆·遗传学》上。

从故乡迁移到欧亚大陆的果蝇们,发现它们面临着全新的环境,最明显的一点不同就是,欧亚大陆的气温比非洲要低得多,果蝇们必须努力渡过这些难关。经过数千年的演化,撒哈拉以南非洲的果蝇种群已经和欧洲种群存在戏剧性的差别,这些差别主要与温度有关(如体型、色素沉着和耐寒性)。Schlötterer 之前研究认为,果蝇的耐寒性和一个基因有关,它叫做cramped(crm),但那时他并没得到决定性的证据。

crm蛋白是一种转录因子,因此Schlötterer 实验室的J-M Gibert打算观察crm蛋白调控何种基因。最后,他们将注意力集中到那些关于翅膀发育的基因上,例如cubitus interruptus(ci)基因,该基因的调控受环境影响。最终他们发现,ci基因的失活必须要有crm蛋白的参与。

科学家们推断,如果crm蛋白对果蝇适应温度很重要,那么很可能撒哈拉以南种群和欧洲种群的crm等位基因(或变型)有着不同的作用机制。为了使crm基因的功效能被清楚地观察到,研究者们使用了先进的生物工程技术,使果蝇基因组其它可能干扰观察的基因“沉默”。他们试图观察,拥有不同crm基因的果蝇,生活在不同温度中,ci基因的表达是否有差异,以及雌性果蝇腹部的色素斑、雄性果蝇的性梳发育是否有差别。这些特征都受温度影响。

研究结果令人啧啧称奇:不同的crm等位基因和果蝇对温度的响应有很明显的联系。crm蛋白在不同温度下,限制不同的生化进程。因此,crm基因可能起到“缓冲剂”的作用,帮助果蝇适应由南到北的巨大温差。

该研究增进了我们对生物演化的了解,如同Schlötterer 所言:“我们一般认为演化的过程是获得新功能的过程,而果蝇对寒冷气候的适应现象让我们看到,有的时候经基因调控失去某些功能,也是对环境的适应。”


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