一项新的研究发现，黑脉金斑蝶感知白昼长度变化的能力与生物钟基因和生物钟调节的分子通路有关。

 

昼长，或称光周期，是一种环境暗示，沐鸣注册向它们发出迁移的信号，并触发它们在迁移过程中表现出的生殖休眠。这一发现在生物钟基因和昆虫大脑中的维生素a途径之间建立了明确的联系。

 

研究小组在《美国国家科学院院刊》上发表了他们的发现。

 

德克萨斯农工大学生物系的生物学家克莉丝汀·梅林说:“几乎所有的生物都是通过调整它们的生理和行为来适应季节变化，以适应白昼或光周期的变化。”

 

“尽管进行了几十年的研究，但人们对光周期变化被感知并转化为动物生理和行为季节性变化的分子和遗传机制仍知之甚少。”虽然仍有许多需要了解的地方，但我们的发现为理解维生素A在大脑中如何将一天的长度编码转化为动物的季节性生理和行为反应的机制铺平了道路。

 

“鉴于与这一途径相关的季节性变化也已在哺乳动物大脑中被报道，这是诱人的推测，即维生素A在动物光周期中的功能可能是进化保守的。”如果事实果真如此，我们对帝王蝶的研究将有助于更好地理解人类大脑的季节性变化，而这种变化可能会导致季节性抑郁症等疾病。”

 

编辑君主基因

 

在过去的六年里,梅林的实验室在德克萨斯A&M生物钟研究中心(CBCR)使用雄伟的君主作为模型来研究动物迁移,生物钟的作用在调节每日和季节性动物的生理和行为,和动物的进化发条。

 

在CRISPR/Cas9技术的帮助下，她的团队已经成功地改变了黑脉金斑蝶体内与生物钟相关的关键基因，以研究它们对每日昼夜节律和季节性迁徙反应的影响。

 

“尽管重大进展我们实验室在发展中遗传工具来摧毁任何君主基因组中的基因一直是关键在这项研究证明维生素的重要性在光周期途径responses-the遗传工具箱的君主仍远足以媲美一个更传统的遗传驯良的模式生物,比如果蝇和老鼠,”梅林说。

 

“尽管CRISPR/Cas9的使用促进了全身敲除，但以组织特异性的方式敲除君主体内的基因仍然是一项具有挑战性的任务。”

 

盲目的蝴蝶

 

梅林实验室在这项研究中必须克服的一个复杂问题是，维生素A对黑脉金斑蝶的复眼的视觉功能是必需的，这意味着它们的ninaB1全身注射会导致失明。作为一种万无一失的方法，梅林的团队必须找到一种非遗传的方法来消除复眼的潜在功能，这可能与在这些新的突变蝴蝶中观察到的缺乏光周期反应有关。

 

“我们必须要有创造力，所以我们转向了艺术和工艺实验，”梅林说。“通过用黑色颜料画出野生成年蝴蝶的复眼，沐鸣注册我们证明了视觉功能对于光周期反应是不必要的，从而支持了大脑中的维生素A功能而不是眼睛负责光周期感知和反应的观点。”

 

美国国家科学基金会(National Science Foundation)、梅林娱乐(Merlin) 2017年颁发的克林根斯坦-西蒙斯(Klingenstein-Simons)神经科学奖学金(Klingenstein-Simons Fellowship)，以及德克萨斯农工大学(Texas A&M University)的启动资金都支持了这项研究。