基因开关使雄性蜜蜂的眼睛大而雌性蜜蜂的眼睛小

由 Martin Beye 教授领导的杜塞尔多夫海因里希海涅大学 (HHU) 的蜜蜂研究人员在蜜蜂中发现了一个新基因，该基因负责该物种雄性和雌性之间的二态性眼睛分化。研究人员现已在科学期刊《自然通讯》上介绍了该基因以及他们从中得出的进化遗传学结论。

雄性和雌性之间的差异在动物有机体中非常普遍。它们不仅限于形态分化——即动物形态和结构的差异——而且还影响生理和行为。这同样适用于无脊椎动物和脊椎动物。这种“性别二态性”有助于生物体的生物多样性，例如雄性孔雀的五颜六色的羽毛和尾巴或蝴蝶的颜色。

然而，我们对控制这种二态性的发育和进化机制的了解仍然有限。发育调节基因，“dsx 基因”，已在遗传模式生物中被鉴定出来。但是这个基因本身并不能指定其他生物体的性别二态性。此外，尚不清楚性别特定的发育功能是如何在进化过程中出现的，因为一种性别的优势会导致另一种性别的劣势。

由 HHU 进化遗传学研究所 Martin Beye 教授领导的工作组的专业领域是蜜蜂 (Apis mellifera)，蜜蜂在雄性和雌性眼中表现出明显的二态性：雄性具有非常大的复眼，这使它们能够在交配飞行期间找到女王。雌性有小复眼，但足以用于定位和寻找花朵。

Beye 教授和他的团队与荷兰瓦赫宁根大学的同事一起检查了蜜蜂的整个基因组，以寻找可能的性别特异性发育调节基因，并确定了他们称之为“glubschauge 基因”的基因。

该基因调节特定性别的眼睛形态。研究人员按如下步骤进行：使用 CRISPR/Cas9 方法，他们关闭了雌性的基因，导致动物长出该物种雄性的眼睛形状。相反，他们将基因添加到雄性身上，导致它们长出像雌性一样的眼睛。通过这样做，他们确定了一种在进化过程中出现的新发育基因，也称为“转录因子”。

Beye 教授：“我们的研究结果表明，在发育过程中如何调节第二性征的多样性。我们能够证明以下原则：对每个特征使用单独的遗传指导程序。在蜜蜂中没有针对整个有机体的一般说明。”

研究人员还对“ glubschauge 基因”的进化史感兴趣：这个基因是如何具有性别决定功能的?Beye 教授：“我们的发现解决了进化生物学中一个长期存在的谜团。迄今为止，还没有发现任何证据表明对性特征进化的积极影响不会导致其他性别的劣势。我们现在能够展示这是如何工作的。”

使用进化序列分析，研究小组确定这种性别特异性功能仅在膜翅目进化过程中出现。他们发现，性别特异性表达最先进化，而发育功能随后出现。Beye：“最初针对特定性别的规定将随后的发育变化限制在一种性别范围内。因此，我们已经证明了性二态性可以在进化上起源的分子途径。”