一个单一的基因决定了苍蝇是否有良好的视觉或嗅觉

视觉和嗅觉器官大小之间的权衡是动物进化的一个共同特征，但其潜在的遗传和发育机制仍不清楚。8月22日发表在《发育细胞》(Developmental Cells)杂志上的一项研究表明，影响果蝇感觉器官发育时间的单一DNA变异可以解释眼睛和触角之间的大小权衡，并可能为行为改变和适应提供快速途径。

由于受影响的基因(无眼/Pax6)在无脊椎动物和脊椎动物(包括人类)中是保守的，这一发现可以代表整个动物界感觉器官大小权衡的一般机制。

动物所依赖的感官是通过进化形成的，以更好地控制和利用环境。因此，即使是生活在不同生态位的密切相关的物种，其感觉结构的大小和形状也会发生变化。在节肢动物如果蝇中，眼睛大小和大多数嗅觉器官所在的触角之间的权衡是常见的。

资深研究作者、Cerveau et de la Moellepinire(ICM)的Bassem Hassan说：“我们已经证明，控制这些感觉器官如何发育的保守机制的微妙变化会产生影响。“这更广泛地意味着，如果不了解前者转化为后者的发展过程，就无法完全理解遗传变异和形态变异是如何相互关联的。”

为了研究潜在的机制，黑腹果蝇研究中心的Hassan和Ariane Ramaekers将不同果蝇品种和种类的比较分析与发育、分子和基因组编辑方法相结合。具体来说，作者关注的是一种叫做眼-触角成像盘(Eye-antenna Imaging disc，EAD)的结构，它由眼球和非眼球组成，在果蝇发育过程中产生所有的头部外部感觉器官。

黑腹溞(左)和拟暗纹溞(右)对ey/PAX6的不同时间调控。图片来源：a. Ramaekers

哈桑和拉梅克斯发现假暗果蝇(D.pse .)和果蝇。)，眼球的比例相应增加，相当于组成昆虫的小单位数量增加了35%。复眼。同样，在美尔乳杆菌中，眼睛成比例地变大。与美尔乳杆菌相比，被命名为canton-s的菌株Hikone-AS相当于小眼的增加12.5%。

“这些数据表明，虽然这两个物种群之间有1700万到3000万年的进化，d .梅尔。和D. pse。还有两种d .梅尔。菌株之间的微小变化有一个共同的发展逻辑，”哈桑说。

为了找到眼睛大小变异的遗传原因，研究人员随后检查了由转录因子结合的DNA序列，以调节邻近的无眼/Pax6基因的表达。他们发现单核苷酸变异体G-A取代在结合位点区分了小眼亚种和大眼亚种。据预测，小眼亚种中的G等位基因对结合位点具有更高的亲和力，这导致与小眼亚种中的A等位基因相比，无眼/Pax6基因的表达受到更大的抑制。

此外，分析表明突变发生在自然果蝇群体中，A等位基因对应于不同实验室品系中更小的眼睛和更小的天线宽度。利用CRISPR/Cas9将A等位基因导入G纯合原种，研究人员证明了G A替代导致微眼球增多。

“我们对发现的感觉平衡机制的简单性感到惊讶：改变感觉器官的大小——在这种情况下是眼睛和触角——就足以稍微改变单个基因的表达，”Ramaekers说。“特别令人满意的是，这种被称为Pax6的基因与所有动物(包括人类)建立眼睛的基因相同。我们还感到惊讶的是，权衡的关键是改变时间，而不是Pax6最终表达的地方。为了使眼睛变大或变小，只需要稍微加速或减慢头部图元细分为眼睛和非眼睛区域。

对于作者来说，这些发现提出了一些有趣的问题。例如，单核苷酸变异如何改变Pax6的表达和感觉器官的发育时间尚不清楚。此外，控制关键发育基因的表达时间可能是改变组织或器官大小的一般规律。另一个有趣的问题是感觉脑区是否受到感觉器官相对大小变化的影响。

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