新加坡国立大学：一个基因「开关」点亮了六千万年蝴蝶季节可塑性的演化

24 October 2025 at 10:00am (London time)—Nature Ecology & Evolution 在线发表了新加坡国立大学（NUS）关于生物性状可塑性的演化发育机制的研究。该研究发现了一个约六千万年前诞生的一个 DNA「开关」，可以帮助热带蝴蝶根据季节性温度调整翅膀眼斑的大小，揭示生物性状环境敏感性的宏观演化过程。这成果可能为未来理解并增强生物在气候变化中的适应能力提供见解。

新加坡国立大学生物科学系 Antonia Monteiro 教授和博士生田申（现美国杜克大学博士后）为该论文共同通讯作者。田申为第一作者。

昆虫常常以令人惊叹的方式适应周围环境。有些昆虫甚至会随着季节变化而改变体色。这种被称为可塑性的发育灵活性有助于它们的生存，但其进化起源仍然是个谜。

Monteiro 教授表示：「许多热带蝴蝶的外观会根据它们在旱季还是雨季出现而呈现出显著的差异。我们研究的非洲蝴蝶偏瞳蔽眼蝶就是这样一个例子。」

在雨季高温环境下，这些蝴蝶的翅膀上会长出更大的眼斑。在旱季低温环境下，这些眼斑会变小。这些季节性变化有助于蝴蝶在不同季节利用不同策略躲避天敌捕食（图 1）。在雨季，大眼斑会把捕食者的攻击引导到眼斑所在的翅膀边缘，以便蝴蝶及时逃脱。在旱季，小眼斑使得整个褐色蝶翅完美融入落叶打造的背景中，让捕食者很难发现。早期研究表明，蝴蝶幼虫发育阶段的环境温度会触发这种成虫眼斑的变化，并且这种明显的眼斑大小对温度的响应是包括偏瞳蔽眼蝶在内的眼蝶亚科蝴蝶（约 2700 现存物种）所独有的。

图 1: 一对交配中的旱季性（左）和雨季型（右）偏瞳蔽眼蝶。（版权： William Piel）

在这项研究中，研究团队将目光锁定在一个名为 Antennapedia （Antp）的基因。该基因是一系列高度保守的调控生物基本形体的基因成员之一。研究发现，Antp 在眼蝶亚科蝴蝶眼斑中的表达随环境温度升高而增强。在两个眼蝶亚科蝴蝶中破坏该基因会使眼斑变小，尤其是在温度较高时。这证实了 Antp 在促进眼蝶亚科眼斑大小的季节可塑性中的作用（图 2）。

图 2: 在偏瞳蔽眼蝶中破坏 Antp 会使眼斑变小，此现象在高温下更明显  （版权：田申）

作为一个在动物界高度保守的核心发育基因的成员之一，Antp 是如何在蝴蝶眼斑中被激活的呢？ 研究团队发现了一个新的调控基因表达的 DNA 片段  –  启动子。研究发现，该新型启动子大约于 6000 万年前在眼蝶亚科中出现， 并特异性地激活了眼蝶亚科眼斑中心细胞中 Antp 的表达。在偏瞳蔽眼蝶中破坏该启动子显著降低了其根据温度调整眼斑大小的能力， 证明了该启动子促进了眼蝶亚科眼斑可塑性的演化  （图 3）。

图 3:   一个新型启动子促进了眼蝶亚科眼斑随温度可塑性的演化（版权：田申）

田申表示：「我们发现了一个促进生物可塑性宏观演化的基因「开关」。此发现可为未来研究揭示此类功能性基因片段在塑造生物对环境适应性方面所起的作用，以及当前气候变化下的生物保护工作提供参考。」

https://www.nature.com/articles/s41559-025-02891-5

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