【研究方法与主要发现】基因组关联分析（GWA）该研究团队在H. cydno斑蝶种群中进行全基因组关联分析，发现与雄性择偶偏好最强相关的遗传变异位于K基因座（K locus），该基因座已知控制翅膀颜色。这一发现支持了先前的遗传图谱研究，表明控制颜色的基因与择偶行为基因之间存在紧密的遗传连锁关系。基因表达分析研究人员通过RNA测序（RNA-seq）分析了发育过程中不同时间点的基因表达情况，结果显示，在GWA分析发现的关键基因区域附近，有7个基因在蝴蝶的眼睛、视觉叶（optic lobes）和中枢大脑中存在差异表达。这些基因大多参与突触连接的发育和维持，表明择偶行为可能受到视觉神经回路发育的影响。光感受器电生理特性研究团队发现，黄色和白色翅膀的H. cydno雄性蝴蝶在视觉系统上存在显著的生理学差异。单细胞电生理记录显示，某些紫外（UV）感受器受长波光感受器的抑制效应影响，而被抑制的紫外光感受器比例与雄性蝴蝶的翅膀颜色密切相关。这一差异可能影响初级视觉信息的处理，进而影响求偶决策。
为了进一步探究这些基因如何影响神经系统，研究人员在蝴蝶发育的不同阶段进行了RNA测序，分析了眼睛、视叶和中枢大脑中的基因表达。他们发现，在“K”基因座附近，有七个基因在白色和黄色翅膀的雄性蝴蝶中表达差异显著。这些基因大多与突触连接的发育和维持有关，这表明求偶偏好的差异可能源于视觉系统中突触连接的差异。更令人惊讶的是，研究团队通过单细胞电生理记录，在雄性蝴蝶的视觉系统中发现了一个显著的生理差异。他们发现，一些对紫外线（UV）敏感的光感受器（PR）受到了长波长光感受器的抑制。而且，这种抑制的比例与雄性蝴蝶的翅膀颜色高度相关。黄色翅膀的雄性蝴蝶，其紫外线光感受器受到抑制的比例更高。
环纹袖蝶属的翅膀颜色模式与视觉求偶行为。(A) 环纹袖蝶复合群及其姐妹类群黑脉袖蝶。(B) 雄性求偶偏好，即雄蝶对白色雌蝶求偶的比例，每个点代表一只雄蝶的偏好，红点为平均值。(C) 袖蝶视觉系统对翅膀颜色的感知与结构，光线通过视网膜中数百个小眼进入，经过视叶多层传递至中枢大脑。(D) 眼睛由小眼组成，每个小眼包含九个光感受器（左），不同小眼类型由R1和R2细胞的视蛋白表达模式定义（右）。R1/R2轴突绕过板层（LA）直接投射到髓质（ME），而R3-8仅投射到板层，并可与R1/R2轴突形成光感受器间突触连接。(E) 白色和黄色环纹袖蝶翅膀的光谱反射率主要在紫外线区域存在差异。这一发现表明，求偶偏好的差异可能源于视觉处理早期阶段的差异。紫外线光感受器抑制的程度，可能直接影响着雄性蝴蝶对雌性翅膀颜色的感知，进而影响它们的求偶决策。研究人员推测，“K”基因座的基因变异，可能通过影响光感受器之间的抑制连接，从而改变雄性蝴蝶的视觉处理方式。这种改变可能使得黄色翅膀的雄性蝴蝶对黄色雌性更加敏感，而白色翅膀的雄性蝴蝶则对两种颜色的雌性都表现出相似的兴趣。
环纹袖蝶（Heliconius cydno）的腹面图。本图展示了环纹袖蝶的翅膀腹面，拍摄于中美洲圣路易斯动物园的孟山都昆虫馆。摄影：罗伯特·劳顿（2006年拍摄）
这项研究不仅揭示了蝴蝶求偶行为背后的遗传和神经机制，也为我们理解动物行为的进化提供了新的思路。它表明，外周神经系统的变化，如光感受器之间的抑制连接，可能在行为进化中发挥重要作用。结合基因组学、转录组学和神经生理学等多种方法，人类可以更深入地理解基因变异如何影响神经系统，进而影响动物的行为。当然，这项研究也留下了一些问题。例如，究竟是哪些基因调控了光感受器之间的抑制连接？这种抑制连接是如何影响下游视觉处理的？未来的研究将需要进一步探索这些问题，以更全面地理解蝴蝶求偶行为的奥秘。
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资讯源 | PLoS Biol编译 | 王芊佳编辑 | Linda排版 | 绿叶参考资料略