11月29日，據(jù)國外媒體報道,，美國科學家近日成功破譯了地球上唯一的遷徙性蝴蝶—帝王蝶（monarch butterfly）的基因組序列,，確定了它們的識別方向基因，解析了為什么這些蝴蝶能記住遷徙過程中的時間和空間,，這也是首個長途遷徙標志性基因組成果,。
每年秋季，數(shù)百萬只帝王蝶從美國東北部和加拿大南部飛越數(shù)千公里,、歷時兩個月來到溫暖的墨西哥中部林區(qū)過冬,。到來年3月，帝王蝶又會不遠萬里向北飛回原來的棲息地,。研究發(fā)現(xiàn),，它們在飛行過程中，利用太陽為自己導航,。長期以來,，科學家們一直對這一生物學機制著迷。
為了解開在這個非凡的旅程中起重要作用的基因和調(diào)控元素,，美國馬薩諸塞大學醫(yī)學院（University of Massachusetts Medical School）的神經(jīng)生物學家首次破譯了帝王蝶基因組序列,，使之成為首個被破譯的蝴蝶基因組。此項研究報告的資深作者,、神經(jīng)生物學教授史蒂芬·瑞普爾特（Steven M. Reppert）說：“一次遷徙過程往往需要至少兩代蝴蝶來完成,。它們從來沒有去過越冬的地方，也沒有親屬為它們領路,，帝王蝶遷徙行為背后一定有一個遺傳程序,，我們想知道該程序是什么，以及它的工作原理,。”
了解帝王蝶的基因,、行為和生理適應性之間的關系，或許對人類相似的關系產(chǎn)生新的見解,。例如,，生物鐘是帝王蝶進行遠程遷徙的重要組成部分,，它們通過太陽獲得導航能力。現(xiàn)在我們知道,，這在人類生物學中也發(fā)揮著舉足輕重的作用,，激素水平、藥代動力學（pharmacokinetics）和病情,，如在清晨心臟病的發(fā)病率增加,，揭示了時空變化對人體生理生物鐘的突出影響。了解生物鐘的分子機制已經(jīng)揭示生物鐘基因突變?nèi)绾螌е滤邥r間紊亂,，新的見解可以解釋生物鐘基因突變?nèi)绾螌е乱钟舭Y和季節(jié)性情感障礙等疾病的發(fā)生,。
史蒂芬與同事結合遺傳學進行分析，他們估計帝王蝶有16866套蛋白質(zhì)編碼基因,，包括幾個可能涉及帝王蝶的季節(jié)性遷徙習性的基因,。新測序的帝王蝶基因組包括：1、確定在視覺輸入和太陽羅盤中央處理區(qū)有關的基因,；2,、帝王蝶的生物鐘的全部分子組成；3,、對成功遷移起關鍵作用的所有成員的保幼激素（juvenile hormone ）生物合成途徑,；4、額外的導向飛行行為的分子標簽,；5,、帝王蝶特定氣味受體可能對長途遷徙有重要作用；6,、一種有價值的化學防御機制,，在遷移過程中可以擊退捕食者。
此項研究得到美國國家衛(wèi)生研究所（the National Institutes of Health）的支持,，該研究所的勞里·湯普金斯（Laurie Tompkins）說：“之所以破譯帝王蝶基因組,，這是因為帝王蝶是地球上唯一進行季節(jié)性長途遷徙的蝴蝶,，基因組測序結果表明其特殊習性和生理適應性使它們能夠進行遠距離遷移,。“
史蒂芬說：“在基本的大腦處理機制中，用于長途遷徙的導航機制很難破譯,。解析帝王蝶長途遷移的遺傳基礎可以幫助我們了解這些機制,，不僅可以深入了解帝王蝶的奇特本能，還了解其它遷徙性動物,，包括候鳥和海龜,。”（生物谷 Bioon.com）
doi:.1016/j.cell.2011.09.052
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PMID:
The Monarch Butterfly Genome Yields Insights into Long-Distance Migration
Shuai Zhan, Christine Merlin, Jeffrey L. Boore, Steven M.
We present the draft 273 Mb genome of the migratory monarch butterfly (Danaus plexippus) and a set of 16,866 protein-coding genes. Orthology properties suggest that the Lepidoptera are the fastest evolving insect order yet examined. Compared to the silkmoth Bombyx mori, the monarch genome shares prominent similarity in orthology content, microsynteny, and protein family sizes. The monarch genome reveals a vertebrate-like opsin whose existence in insects is widespread; a full repertoire of molecular components for the monarch circadian clockwork; all members of the juvenile hormone biosynthetic pathway whose regulation shows unexpected sexual dimorphism; additional molecular signatures of oriented flight behavior; microRNAs that are differentially expressed between summer and migratory butterflies; monarch-specific expansions of chemoreceptors potentially important for long-distance migration; and a variant of the sodium/potassium pump that underlies a valuable chemical defense mechanism. The monarch genome enhances our ability to better understand the genetic and molecular basis of long-distance migration.
