北卡罗来纳州的科学家发现了对蛾子复杂的性交流及其进化至关重要的基因

看看烟草夜蛾和它的近亲，你不可能分辨出外表模糊、指尖大小的蛾类。但是，将每种蛾类的雄蛾与雌蛾相距六车远，即使在午夜的黑暗中，它们也很容易找到自己物种的配偶，而忽略了其他物种的雌蛾今天，由于北卡罗来纳州立大学和犹他大学的研究，保持物种性别隔离的基因不再是一个谜。

北卡罗来纳州昆虫学家弗雷德·古尔德博士说，这项研究发表在今天的《科学》在线版上美国国家科学院院刊，让科学家们更好地了解飞蛾是如何从一个共同的祖先进化而来，并进化出与配偶明显不同的交流方式。

长期以来，生物学家一直对蛾子通过空气传播的化学物质——性信息素——进行交流的复杂方式着迷。世界上有超过10万种蛾子，每一种都依赖于自己独特的信息素混合物，在组成信息素的化学物质和这些化学物质的比例上都不同。雌性会制造出精确混合的香水，只有雄性会对这种性暗示做出反应。到目前为止，科学家们有一长串潜在的基因和细胞分子，这些基因和分子可能导致每个雄性只找到自己物种的雌性。

在PNAS在论文中，古尔德和他的合作者解释了如何通过繁殖，将一些假设的性交流基因从基因库中转移出去绿太阳藻，这只蟾蜍，进入这个亚词他们发现，当他们移动一组特定的气味受体基因时，杂交雄性会像真正的雄性萤火虫一样理解并响应雌性萤火虫的信息素。

科学家们在罗利实验室对相关的蛾类进行了杂交，并在犹他州的风洞中研究了蛾类的行为，观察哪种信息素混合物吸引和排斥哪种后代。

然后，他们将微小的电极插入蛾子的触角细胞中，并测量触角中的神经元如何对两种昆虫的信息素做出反应。他们发现，每个雄性的触角神经元的反应在很大程度上是由它所遗传的物种的受体基因控制的。

古尔德说：“最终，发现蛾类对信息素反应的巨大变化是由如此微小的基因变化控制的，这是了解数千种蛾类物种如何进化的第一步。”。

古尔德说，谜题或进化悖论在于，在每一种蛾类物种中，“自然选择不断地作用于任何一种雌性，使其产生一种新的信息素混合物，而这种混合物并没有被该物种的雄性识别。”。“而且，具有突变受体基因的雄性识别尚未进化的信息素将很难找到配偶。”

这导致一些人认为，只有在进化过程中雄性和雌性同时发生基因变化时，一个新的蛾类物种才能进化——这是极不可能的。

古尔德说：“从狭义上讲，这项研究是关于性交流和物种形成的进化。”。“但从更广泛的意义上讲，它是关于有时被称为具有不可还原复杂性的特征的进化。不可还原复杂性是指某些特征如此复杂，以至于它们无法通过自然选择进化。

“蛾子似乎拥有一个不可简化的复杂交配系统，”他说，“但也许这个系统如何进化的谜团很难解决。”

古尔德和他的同事们希望，有了对雄性性交流基因的新理解，再加上先前研究中对雌性基因的了解，他们现在可能能够重现与蛾类物种形成有关的进化事件。这将最终解决这个难题。

-岸边-

编辑须知:论文摘要如下。

雄性飞蛾的性隔离可用包含四个受体基因的单一信息素反应QTL来解释

作者: Fred Gould, Marie stock, Bekah Powell, Astrid T. Groot, Catherine M. Ward, Jennifer L. Emerson and Coby Schal，北卡罗莱纳州立大学;N. Kirk Hillier和Neil J. Vickers，犹他大学

出版：2010年4月12日，在的在线版本中美国国家科学院院刊

摘要当前位置蛾子间的远距离性交流吸引了生物学家，因为雌性蛾子的信息素信号复杂而精确，而雄性蛾子对特定的信息素分子极为敏感。在确定一些参与雌性信息素产生和雄性反应的基因方面已经取得了进展。然而，我们缺乏关于这些寻找配偶机制的进化多样化所涉及的基因变化的信息，而这些机制对于理解蛾子和其他类群的物种形成至关重要。本研究采用QTL和候选基因相结合的方法，对两种同种蛾(Heliothis subflexa和Heliothis virescens)雄性有性分离的遗传结构进行了研究。我们报告了行为和神经生理学证据，表明雄性对三种雌性产生的化学物质(Z9-14:Ald, Z9-16:Ald, Z11-16:OAc)的不同反应都是由一个包含至少4个气味受体基因的单一QTL控制的。信息素受体的差异可以分别控制亚弯曲H.和绿色H.对Z9-16:Ald和Z9-14:Ald的反应，这并不奇怪。然而，在中央水平而不是外周水平上控制亚flexa和H. virescens对Z11-16:OAc的阳性和阴性反应是预期的。这些受体基因的紧密连锁表明，改变雄性对复杂杂交反应的突变可能维持在连锁不平衡状态，并可能影响物种形成过程。其他编码信息素结合蛋白的候选基因未定位到该QTL，但有一些遗传证据表明，Z11-16:OH响应的QTL与一个感觉神经元膜蛋白基因相关。