行业动态

紫外线虹彩（UV iridescence）是一个求偶信号，只在Colias eurytheme的雄性个体中出现。初生种（incipient species）处于物种形成的中间阶段，生殖隔离被基因流的同质化效应抵消。人类活动有时会导致这类物种重新结合，如Colias eurytheme与Colias philodice形成了大量杂交种群。本研究表明性染色体保持这些物种的独特性，而其余的基因组是混合的。性染色体显著地决定了哪些雄性在它们的翅膀上向雌性显示明亮、彩虹色的紫外线信号。遗传图谱、抗体染色和CRISPR基因敲除共同表明，bric a brac（bab）基因控制是否形成紫外彩虹色纳米结构，说明了该基因如何调节雄性求偶信号。

重测序：13个Colias eurytheme UV雄性和9个Colias philodice非UV雄性个体

2b-RAD：F2和BC群体共528个体，484个体进行2bRAD测序

1、2b-RAD进行初定位、重测序进行精细定位；

2、抗体染色和CRISPR基因敲除进行候选基因的验证。

一、Z染色体定义了次级同域中的物种屏障

对来自美国马里兰州同域群体中的22只雄性 C. eurytheme和Colias philodice（13只橙色UV雄性和9只黄色非UV雄性）进行了重测序14.3×， 基于SNP进行主成分分析（PCA）分析，形成两个离散聚类（图1B）。与常染色体相比，Z染色体的遗传分化显著增加（表1），Z:a比率为12:1。基因组分化的异质化可通过基因流动的局部障碍或低重组区域的连锁来解释。突出显示了位于 FST前5%且重组率高于中值的窗口，确定了三个区域：两个狭窄的常染色体FST峰和Z染色体的2.5Mb部分（图1 C和D）。说明Z染色体的大区段对基因流不敏感，与生殖隔离是一个因果关系。  

表1 重测序数据统计

二、雄性交配信号多态性映射到bab

UV信号在F2和回交（BC）后代的雄性后代中表现出孟德尔隐性分离。使用2b-RAD测序对484只重组雄性和雌性进行基因分型，对252只基因分型雄性进行UV评分，并确定Z染色体上的LOD区间。对U位点周围发生重组事件的个体进行了重新测序，用18个注释基因细化了352 kb的零重组窗口。该作图区间包括bab基因的50个基因间区、启动子和第一外显子，该基因是一个突出的候选基因，因为它编码果蝇雄性有限性状的转录抑制因子，如腹部色素沉着。

图1 物种分化的大Z效应，包括U位点的候选基因bab

三、Non-UV鳞片细胞的bab表达

紫外鳞片位于C. eurytheme雄性的背翅表面，鳞片免疫荧光显示，bab在所有非紫外线鳞片细胞前体（图2C）的细胞核中表达。因此，bab与C. eurytheme的紫外线鳞片类型呈负相关：bab在所有被认定为非紫外线鳞片的鳞片细胞中均持续表达。

图2 bab与鳞片的紫外呈现负相关

四、CRISPR基因敲除产生异位的紫外线虹彩

针对bab编码序列的第一个外显子构建了CRISPR介导的功能缺失突变。在受精后7小时内收集了C. eurytheme 和 C. philodice雌虫，并显微注射卵子。在这两个物种的雄性和雌性中，UV虹彩普遍增加。在bab基因敲除（KO）后，蝶呤和黑色素鳞片以及覆盖鳞片和地面鳞片都分化为UV鳞片。分析表明，无论翅膀表面、性别或物种如何，bab都会抑制UV表型。综合证据表明，bab是唯一介导表型变异的基因。但是在这两个物种之间未发现bab的氨基酸序列变化，表明交配信号差异涉及非编码差异。需要进行进一步的实验，以确定在紫外-虹彩覆盖鳞片中阻断bab的顺式调控元件。

Ficarrotta, Vincent et al. “A genetic switch for male UV iridescence in an incipient species pair of sulphur butterflies.” Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America vol. 119,3 (2022): e2109255118. doi:10.1073/pnas.2109255118