夏季型與遷徙型帝王蝶的行為與分子上差異之解釋

Monarch butterflies. (Credit: iStockphoto/Paul Tessier)

Defining behavioral and molecular differences between summer and migratory monarch butterflies

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Haisun Zhu , Robert J Gegear , Amy Casselman , Sriramana Kanginakudru and Steven M Reppert

BMC Biology 2009, 7:14

東部的北美帝王蝶在秋季會進行相當長距離的遷徙。與春夏季蝴蝶比較，秋季的遷徙者的青春激素是有缺陷的，因而導致生殖停滯與延長壽命的現象。遷徙者也使用時間補償式的太陽羅盤幫助他們導航前往墨西哥的（西）南方向。此領域的中心議題是定義出青春激素的地位與飛行導向之間的關係、夏季帝王蝶和秋季遷徙者之間的關鍵特徵，以及與行為狀態相關的分子。

在此研究中，作者發現對秋季遷徙者增加青春激素活性會促進如夏季一般的生殖發育，但是不會改變方向性的飛行行為或時間補償的導航。 相反的，有生殖能力的夏季個體皆無法表現出方向性飛行或是導航的行為。作者使用9417 unique cDNA進行微陣列資料分析以定義與行為狀態相關的分子，基因表現數據顯示有一系列40個基因在腦中對個體遷徙的導航飛行行為有不同的表現、且與青春激素的活性無關，從而在分子層次上區分秋季與夏季的個體。這些具差異調節的複雜基因包括時鐘基因vrille和酪胺酸β水解脢。此外這些基因中有37.5%是尚未被註解的，作者鑑定了腦中的23個與青春激素有關、可區別帝王蝶是否具生殖能力的基因；也發現涉及長壽、脂肪酸代謝與免疫力的基因在無生殖能力的遷徙者（青春激素有缺陷）中有被促進的現象。

本研究成果連結了遷徙者和夏季蝴蝶之行為與腦中基因表現數據，且顯示出基因功能的季節性改變有助於定義遷徙狀態。