宝石甲虫通过复制基因进化出新的颜色

该研究中的一种宝石甲虫——Chrysochroa rajah。资料来源：路易斯安那州立大学内森·洛德
（神秘的甲虫基因进化地球uux.cn）据美国物理学家组织网（by University of Minnesota）：宝石甲虫是一种引人注目的昆虫，通过其鲜艳的通过颜色和金属光泽很容易识别。宝石甲虫拥有发达的复制大眼睛，利用视觉和颜色进行一系列不同的出新行为，包括寻找配偶和寄主植物。宝石
昆虫的甲虫基因进化颜色视觉与我们的不同。特殊的通过基因使许多昆虫能够看到紫外线以及蓝色和绿色。生物科学学院沃迪尔实验室的复制博士后助理卡米拉·沙基（Camilla Sharkey）领导的一项新研究调查了宝石甲虫视觉的复杂进化史。研究团队包括曾在沃迪尔实验室工作、出新现在在马里兰大学工作的宝石豪尔赫·布兰科、路易斯安那州立大学的甲虫基因进化内森·洛德和哥伦比亚广播公司助理教授特雷弗·沃迪尔。
这项新研究发表在《分子生物学与进化》杂志上。通过
Sharkey博士先前的复制研究表明，在现代甲虫进化之前，出新它们的祖先在大约3亿年前就失去了看到蓝光的能力。这可能是甲虫祖先变成夜行动物或生活在低光条件下的结果。后来，随着甲虫的多样化，它们进化出了祖先基因的复制品，使它们能够看到紫外线和绿色光谱。这些重复的基因可能会进一步进化，使光谱的新部分可见，并允许看到更复杂和多样的颜色信号。

宝石甲虫。Credit: Nathan Lord
研究人员想知道这些重复的基因是否已经进化，使甲虫能够看到祖先无法看到的颜色。由于宝石甲虫很难在实验室里保存，他们复制了这些基因并将其插入果蝇体内，取代了它们正常的视觉基因。利用电生理学，他们测试了苍蝇中产生的每个基因的颜色敏感性。然后，他们使用3D蛋白质模型寻找可能导致颜色敏感性变化的基因变化。
研究发现：
1.宝石甲虫通过复制和进化其紫外线和绿色视觉基因，进化出了额外的蓝色和橙色敏感性。2.这使得复杂的四基色对紫外、蓝色、绿色和橙色波长的光敏感，类似于彩色鸟类的颜色敏感。3.当视觉基因被修改和重新测试时，发现与颜色检测相关的新进化的基因变化并没有改变预测的灵敏度。
迄今为止研究的所有宝石甲虫物种都有研究中分离出的四种不同基因类型，这表明所有宝石甲虫可能都具有复杂的颜色敏感性。根据Sharkey的说法，“下一步是确定是否可以从基因中预测特定类型的颜色视觉，以及昆虫如何使用颜色视觉来更好地管理害虫和传粉昆虫，从而提高作物产量。”
研究人员还希望了解宝石甲虫颜色敏感性的分子基础，这将为从基因序列预测昆虫颜色敏感性提供基础。