蝴蝶和飞蛾基因组在2.5亿年的进化过程中基本保持完整

根据《自然生态与进化》杂志上发表的一篇新论文，尽管当今全球160,000 多个物种的翅膀图案、大小和毛毛虫形态存在令人难以置信的多样性，但这种稳定性仍然存在。

蝴蝶和飞蛾(鳞翅目)占所有已描述动物物种的 10%，是许多生态系统中极其重要的传粉者和食草动物。

在一项新的研究中，威康桑格研究所的马克·布拉克斯特教授和他的同事们着手了解驱动这个高度多样化群体染色体进化的过程。

他们分析并比较了 200 多个蝴蝶和飞蛾的高质量染色体水平基因组。

他们确定了 32 个祖先染色体构件，以 17 世纪昆虫学家先驱玛丽亚·西比拉·梅里安 (Maria Sibylla Merian) 的名字命名为梅里安元素(Merian elements)，自 2.5 亿年前它们最后一个共同祖先以来，这些构件在大多数蝴蝶和飞蛾物种中都保持完整。

除了两条染色体之间的单个古代融合事件导致今天大多数物种中看到的 31 条染色体外，大多数当前物种的染色体直接对应于这些祖先的 Merian 元素。

研究人员发现，不仅染色体极其稳定，而且其中基因的顺序也非常稳定。

他们发现一些物种发生了微小的变化，主要涉及小常染色体和性染色体的融合。这凸显了染色体长度作为进化变化驱动因素的作用。

然而，科学家们发现了一个罕见的物种子集，例如蓝蝴蝶(Lysandra)和包含菜粉蝶(Pieris)的群体，它们违反了这些基因组结构的限制。

这些群体经历了广泛的染色体重组，包括染色体断裂，以及通过裂变和融合进行的大规模重组。

这项工作增加了对导致这些昆虫遗传多样性的因素的理解。这可以指导保护和保存面临独特挑战和与气候变化相关的环境变化的特定物种的努力。

“当今大多数蝴蝶和飞蛾的染色体可以直接追溯到 2.5 亿年前存在的 32 个祖先梅里安元素，”威康桑格研究所的研究员夏洛特·赖特 (Charlotte Wright) 博士说。

“令人惊讶的是，尽管物种广泛多样化，但它们的染色体仍然非常完整。”

“这挑战了稳定染色体可能限制物种多样化的观点。事实上，这个功能可能是构建多样性的基础。我们希望在逃避这些规则的罕见群体中找到线索。”

布拉克斯特教授说：“像这样的研究使我们能够深入研究这些进化过程，只有像达尔文生命树项目这样生成高质量、公开可用的基因组组件的举措才有可能实现。”

“我们正在 Psyche 项目中加大这些努力，旨在与欧洲大陆的合作者一起对欧洲所有 11,000 种蝴蝶和飞蛾物种进行测序。”

“作为重要的传粉媒介、食草动物和各种生态系统的食物来源，以及生态系统健康的有力指标，通过 Psyche 项目对蝴蝶和飞蛾生物学的更深入了解将为未来关于生物多样性保护的适应和物种形成的研究提供信息。”