科學家找到帝王斑蝶服毒長大的祕密:只需要基因 3 個關鍵突變

作者 | 發布日期 2019 年 10 月 03 日 17:51 | 分類 環境科學 , 生物科技 , 自然科學 follow us in feedly


帝王斑蝶在毛毛蟲階段時吃毒草長大,也因此成蝶後牠們本身帶毒,對獵食者而言是最難吃的食物。最近新研究發現了為何這種昆蟲能對毒草免疫,科學家還以基因編輯技術讓果蠅產生基因突變,使牠們因此獲得相同的抗毒能力。

帝王斑蝶(monarch butterfly)生命週期屬於完全變態,在毛蟲階段時,幼蟲的食物來源為乳草,這種植物已經演化出防禦策略來對抗吃它們葉子的毛毛蟲,尤其是一種稱為卡烯內酯(Cardenolide,或稱強心甾)的化合物,一定劑量就可以讓心臟停止跳動或破壞神經系統(包括人類),非洲獵人會在箭尖塗上這種毒性物質狩獵。

然而道高一尺魔高一丈,帝王斑蝶也藉此發展出自己的防禦系統,首先雌蝶專挑乳草產卵,幼蟲孵化後開始啃乳草葉子長大,並將卡烯內酯毒素儲存在體內一路破蛹成蝶,使自己全身帶毒以防禦鳥類獵捕。

除了帝王斑蝶,還有其他約 20 種昆蟲也能抵抗乳草毒性,比如飛蛾、甲蟲、黃蜂、蒼蠅、蚜蟲、象鼻蟲等,大多數外型都呈現鮮豔橘色。

科學家數十年來對此現象感到不可思議,而最近,一組研究人員宣布他們已經確認了其中的進化祕密──只需要 3 個關鍵突變,改變某段基因中的 3 個核苷酸,就可以讓蝴蝶體質從不耐毒性變成超級抗毒性。

此外,研究人員還嘗試以 CRISPR-Cas9 基因編輯技術使果蠅基因突變,竟成功導致果蠅也產生服毒不死的體質;或者說基因突變的果蠅對乳草毒素的敏感性,比一般果蠅低 1,000 倍。

不過,這 3 個突變必須按照順序發生,否則果蠅無法倖免於單一突變帶來的副作用,比如癲癇發作。這是科學家第一次利用基因編輯在多細胞生物中引導出進化突變,CRISPR-Cas9 技術將變得越來越強大。

新論文發表在《自然》(Nature)期刊。

(首圖來源:pixabay