nubbin、ventral veinless 和 pdm3 在蝴蝶翅膀图案发育中发挥多样作用

蝴蝶翅膀呈现出极其丰富多彩的图案谱系，为研究发育过程中图案形成机制如何演化提供了独特机会。然而，我们仍然不了解翅膀图案发育若干关键方面的遗传基础。三种旁系同源的 POU 结构域转录因子——nubbin、ventral veinless（vvl）和 pdm3——均已知是黑腹果蝇（Drosophila melanogaster）中的翅膀发育基因。在本研究中，我们结合基因表达分析与基因敲除方法，表明这些基因中的每一个在普通眼蝶 Junonia coenia 中都具有多种新的翅膀图案形成功能。我们发现，nubbin 通过一种起源于翅脉的、非细胞自主性的类似抑制因子效应来控制眼斑图案的决定，因此 nubbin 敲除个体具有更大的眼斑。nubbin 还调控整个翅膀上的色素身份和鳞片形态。我们还发现，vvl 调控盘区带纹和腹侧后翅的色素身份。最后，我们发现，pdm3 是眼斑图案外环决定所必需的，在这一过程中它与 spalt 及长链非编码 RNA ivory 共同表达。pdm3 对翅缘条纹的决定同样是必需的，在该区域它再次与 spalt 共表达，因此我们提出眼斑与翅缘的基因调控网络可能是同源的。最后，pdm3 还影响腹侧后翅的色素沉着，表型模拟了 J. coenia 中具有季节可塑性的颜色转换。总体而言，我们的研究表明，POU 结构域转录因子在蝴蝶翅膀图案发育中发挥多样化作用，并凸显 nubbin 是最早被指出参与翅脉在颜色图案决定中抑制功能的基因之一。

蝴蝶翅膀呈现出极为丰富多彩的图案谱系，为研究发育性图案形成过程如何演化提供了独特机会。然而，我们对于翅膀图案发育若干关键方面的遗传基础仍然知之甚少。三种旁系同源的 POU 结构域转录因子——nubbin、ventral veinless（vvl）和 pdm3——均已知是黑腹果蝇（Drosophila melanogaster）中的翅膀发育基因。在本研究中，我们结合基因表达分析与基因敲除方法，证明这些基因中的每一个在普通眼蛱蝶 Junonia coenia 中都具有多种新的翅膀图案形成功能。我们发现，nubbin 通过一种起源于翅脉的非细胞自主性、类似抑制子的作用来控制眼斑图案的决定，因此 nubbin 敲除个体具有更大的眼斑。nubbin 还调控整个翅膀上的色素身份和鳞片形态。我们还发现，vvl 调控盘室带和后翅腹面的色素身份。最后，我们发现，pdm3 是决定眼斑图案外环所必需的，在该区域它与 spalt 和长链非编码 RNA ivory 共同表达。pdm3 对翅缘条纹的决定同样是必需的，在该区域它再次与 spalt 共同表达，这促使我们提出眼斑与翅缘的基因调控网络可能是同源的。最后，pdm3 还影响后翅腹面的着色，表型上模拟了 J. coenia 中具有季节可塑性的颜色转换。综上所述，我们的研究表明，POU 结构域转录因子在蝴蝶翅膀图案发育中发挥多样作用，并凸显 nubbin 是最早被认为参与翅脉在颜色图案决定中抑制功能的基因之一。

📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.08.06.742654v1?rss=1

🏷️ 蝴蝶翅膀图案 转录因子 基因敲除 眼斑发育 色素沉着 Junonia coenia