诺亚怀特曼研讨会：帝王蝶的基因组编辑

确定适应的遗传机制需要阐明进化之间的联系 的DNA 序列、表型和适应度。 收敛演化可作为确定候选者的指南 突变 是适应性特征和新的基础 基因组编辑 技术正在促进整个生物体中这些突变的功能验证。 我们将这些方法结合起来，研究了六个目昆虫趋同的经典案例，包括帝王蝶 (Danaus plexippus)，它们已经独立进化成定植产生强心苷毒素的植物。 许多这些昆虫平行进化 氨基酸 钠泵 (Na+/K+-ATPase) 的 α-亚基 (ATPα) 中的取代，强心苷的生理靶点。

在这里，我们描述了涉及 ATPα 中与强心苷特化相关的三个重复变化的氨基酸位点（111、119 和 122）的突变路径。 然后我们进行了 CRISPR–Cas9 基础编辑 在原生 Atpα 上 基因 在果蝇中，黑腹果蝇苍蝇并追溯了跨越君主谱系的突变路径。 我们在体内、体外和计算机中表明，该路径赋予了对强心苷的抗性和靶位点不敏感性，最终形成了三重突变体“帝王蝇”，它们对强心苷不敏感，就像帝王蝶一样。 “帝王蝇”通过变态保留了少量强心苷，这种特性已在帝王蝶中进行了优化以阻止捕食者。 通过上位性改善拮抗多效性来解释取代进化的顺序。 我们的研究阐明了帝王蝶如何进化出对一类植物毒素的抵抗力，最终变得令人讨厌，并改变了生态群落内物种相互作用的性质。

基因组编辑追溯毒素抗性的演变
在帝王蝶

诺亚怀特曼博士

综合生物学系副教授

美国加州大学伯克利分校