一種之前被忽略的microRNA才是真正的顏色開關

鱗翅目動物（蝴蝶和飛蛾）的翅膀顏色圖案非常多樣化，許多物種的翅膀顏色圖案都是黑白的，或者是深色和明亮的，這與黑色素的存在和缺乏有關。許多翅膀顏色圖案的變異都是自然選擇和進化的教科書范例。典型的例子包括英國胡椒蛾白樺（Biston betularia）的黑色形式的頻率迅速增加，這是由于19世紀末英國碳燃燒和工業化造成的更黑更黑的環境所導致的，還有Heliconius蝴蝶的模擬輻射，等等。

盡管這些鱗翅目動物的翅膀上有或沒有黑色素的生態驅動因素，但顏色變化的遺傳和發育基礎仍不清楚。

蝴蝶和飛蛾是如何把翅膀涂成黑色或白色的？

在過去的二十年里，科學家們發現，大多數黑色翅膀的顏色變異是由蛋白質編碼基因“皮層”周圍的單個基因組區域控制的。于是，人們假設cortex是黑色的開關。由新加坡國立大學（NUS）生物科學系Antónia MONTEIRO教授和Shen TIAN博士領導的來自新加坡、日本和美國的國際研究小組發現，cortex并不影響黑色素的顏色。相反，一種之前被忽略的microRNA （miRNA）才是真正的顏色開關。

研究結果發表在2024年12月5日的《科學》雜志上。

這項研究的主要作者TIAN博士說：“以前研究的大量證據對大腦皮層是否真的是黑色顏色開關產生了懷疑，這激發了我去測試這個基因組區域中其他一些基因組特征的功能——miRNAs。”他在新加坡國立大學Monteiro教授的實驗室擔任博士/博士后研究員，現為美國杜克大學博士后研究員。

TIAN博士補充說：“mirna是一種小RNA分子，不像大多數基因那樣編碼蛋白質，但它們通過抑制靶基因的表達在基因調控中發揮重要作用。”

在這項研究中，田博士和他的同事們發現了一個位于皮層附近的miRNA： mir-193。該團隊使用基因編輯工具CRISPR-Cas9在三個深度分化的蝴蝶譜系中破壞了mir-193。mir-193的完全破壞消除了非洲瞇眼灌木棕色蝴蝶（cycloclus anynana）、印度卷心菜白蝴蝶（Pieris canidia）和常見的美農蝴蝶（Papilio polytes）的黑色和深色翅膀。相比之下，破壞來自同一基因組區域的皮層和其他三個蛋白質編碼基因對羽翼顏色沒有影響。這表明mir-193，而不是皮質或任何其他附近的基因，是這些鱗翅目中關鍵的黑色顏色調節因子。

研究小組進一步證實，mir-193是由一種長鏈非蛋白編碼RNA：ivory加工而成的，它通過直接抑制多種色素沉著基因發揮作用。由于mir-193的序列不僅在鱗翅目中，而且在整個動物界都是高度保守的，因此研究小組還測試了mir-193在果蠅中的作用。令人驚訝的是，mir-193也被發現控制這些果蠅的黑色著色，這表明mir-193在鱗翅目之外具有非常保守的作用。

“雖然以前的研究只關注皮層在產生黑色顏色變化中的作用，但這項工作顛覆了這一長期存在的假設，并證明了一種小的、非蛋白質編碼的RNA是開關，通過表達或不表達，導致自然界中黑色翅膀的各種顏色變化。”

“這項研究表明，在基因型-表型關聯研究中，不應該忽視注釋不良的非蛋白質編碼RNA，如mirna，否則會導致誤導性的結論。”

Tian博士說：“非編碼rna在表型多樣化中的作用在很大程度上尚未得到充分研究。這項研究促進了對非編碼rna（如mirna）如何促進生物表型多樣化的進一步研究。”

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