以 CRISPR 技術改變蝴蝶翅膀顏色,結構也隨之改變

作者 | 發布日期 2018 年 07 月 28 日 12:00 | 分類 生物科技 follow us in feedly

一項新研究發現,當利用 CRISPR 基因編輯技術改變蝴蝶翅膀幾個與色素相關的基因時,也能一道改變翅膀的顏色及外形。



蝴蝶美麗的翅膀結構精緻,與顏色搭配組成馬賽克般的花紋,藉此迷惑天敵或吸引異性。最新發表於科學期刊《Cell Reports》的論文中,研究團隊透過 CRISPR / Cas9 技術改變東非叢林斜眼褐蝶(Bicyclus anynana)的翅膀顏色,卻發現顏色改變的同時,翅膀外形、表面結構及強韌度也跟著顏色一起改變,顯示蝴蝶控制色素產生的基因也有改變翅膀外形的功能。

新加坡國立大學(National University of Singapore)與耶魯─新加坡國立大學學院(Yale-NUS College)的助理教授 Antónia Monteiro 是這項研究的作者之一,她表示,蝴蝶體內製造翅膀黑色素產生的分子路徑中,某些最終產物除了在色素生產系統發揮功能,也參與翅膀形態的調控。

研究團隊博士後研究員 Yuji Matsuoka 利用 CRISPR / Cas 技術,將叢林斜眼褐蝶的 5 種色素基因進行突變使其失去功能,本來打算藉此了解每個色素基因對翅膀顏色的影響,卻意外發現蝴蝶翅膀的結構也跟著改變。

蝴蝶色彩與外形有關聯

當色素基因突變導致黑色素無法產生時,蝴蝶翅膀會多出一層平行的幾丁質外骨骼纖維結構;而當另一個基因突變阻擋多巴胺黑色素形成時,會垂直長出另一層幾丁質結構。

Monteiro 表示,某些種類的蝴蝶能在不產生色素的情況下,透過幾丁質薄層結構,使翅膀在光線下產生不同深淺的視覺效果。光線在幾丁質表面反射時,會因為幾丁質厚度不同產生不等程度的干擾,這項研究成果可能就反映出這種現象。

蝴蝶翅膀的花紋顏色能幫助蝴蝶躲避掠食者,並當作求偶訊號,這項研究雖然以人工方式突變色素基因,但在自然界也可能會發生,進而影響蝴蝶的生存及繁衍。Monteiro 表示,過去人們討論蝴蝶繽紛外觀時通常將色彩與外形分開討論,但這項研究結果顯示,對特定基因來說,兩種事件互有關聯。

Matsuoka 也指出,蝴蝶翅膀的外觀變化繁多,但是科學家對其中調控的基因分子機制還不夠了解,黑色素也只是翅膀外觀調控過程的其中一環,未來針對更多種類的蝴蝶以及翅膀構造進行研究,都有助於我們更清楚蝴蝶翅膀如何演化與發育。

當我們對基因與色素形成更深入了解,未來就能運用於生技產業,不需要用到重金屬離子,也能透過生物工程製造出如同蝴蝶翅膀一樣生動鮮明的色彩。除此之外,以幾丁質為基底的顏料具持久特性,卻能生物分解,對環境更友善。

(首圖來源:By Gilles San Martin [CC BY-SA 3.0 ], from Wikimedia Commons

關鍵字: , , ,