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果蝇是最经典的昆虫模式生物,摩尔根用果蝇发现了遗传学中的第三大定律——连锁互换定律,人们都说:“果蝇是上帝为摩尔根创造的”,但果蝇有何尝不是上帝送给科研工作者的礼物。果蝇除了在经典遗传学方面做出的突出贡献以外,在在胚胎发育,器官形成,神经退化、肿瘤发生方面对人类也有很重要的借鉴意义,因为人类和果蝇的基因组中有80%的同源基因。除此之外果蝇的大脑也相当的复杂,除了学习、运动、交配等,还有选择、记忆、逃避等高层次行为能力,说明果蝇在研究神经生物学方面也会有很大的贡献,并且可以被人类借鉴。从摩尔根开始人们在制造突变个体等方面积累了大量的经验,已经把果蝇塑造成了一个非常成功且使用便利的模式生物,而蝴蝶中林奈把金凤蝶(Papilio machaon Linnaeus)作为所有蝴蝶的模式种,但一直不能遗传操作,严重阻碍了蝴蝶这一极富进化意义类群的研究,在这里利用在果蝇中积累的经验,对蝴蝶进行了遗传操作,这将是金凤蝶成为蝴蝶中的模式生物的重要一步。 最近几十年从头起源新基因在很多物种中被鉴定出来,而他们中有一些被认为是在基因组的改革和生物的演化方面都承担着重要的作用。在这个课题中通过序列的分析和RNA以及蛋白水平的实验证据,不仅证明这两个从头起源基因CG31955和CG32711真实存在,而且会表达翻译为蛋白,在黑腹果蝇生长发育的各个阶段行使功能。在敲除了黑腹果蝇中的这两个从头起源新基因,进行基因打靶造成突变后,发现这两个基因在寿命和生殖方面都有明显的表型,而寿命和生殖是适应性进化的两个重要方面。CG31955被敲除之后发现雄性果蝇的生殖率降低了,而雌性果蝇的生殖力和寿命都有所增加。同时,CG32711被敲除后雌性和雄性的生殖率都显著降低了,而雄性的寿命也变短了。这些数据显示,CG31955可能抑制了雌性黑腹果蝇的生殖率和寿命,但是会对雄性的生殖率有所促进,CG32711对雌性和雄性的生殖率以及雄性的寿命有很重要的作用。通过对野生型和突变体的转录组分析,数据分析显示这两个从头起源新基因通过调控与几丁质和溶菌酶有关的基因,从而对雄性的生殖率有促进作用。CG31955对雌性可能是通过对产卵和溶菌酶有关的基因进行下调,从而对生殖率和寿命进行抑制。CG32711可能是通过下调氧化磷酸化通路有关的基因影响了雄性的寿命。我们的结果表明这两个从头起源新基因对生物体有着非常重要的作用。 果蝇是很传统的模式生物,因为其易饲养,生长周期短而在生物研究中应用广泛,但是它可以解决的科学问题也比较有限。而蝴蝶因为它的多姿多彩一直让生物学家着迷,为什么蝴蝶可以进化出那么多的形态和色彩。随着近几年多种蝴蝶基因组的解析,基因编辑技术的发展,让蝴蝶成为了一个很有潜力的模式物种,尤其在研究演化、形态多样性的发展机制、以及物种分化方面。实验室前期解析的金凤蝶的基因组,被Linnaeus命名为所有蝴蝶的模式种,很长时间以来人们一直在研究他的拟态、视觉体系、学习能力、和色素沉积的生物过程。CRISPR/Cas9基因编辑技术的出现,可以让人们在更广泛的方面去研究蝴蝶,就像其他模式生物:果蝇、家蚕一样,但还是不能确定这项技术是否能像在柑橘凤蝶中起作用一样,也在其他蝴蝶物种中作用。所以也就用相似的方法来在金凤蝶中进行基因编辑。我们的数据表明共同注射几个打靶位点的sgRNA进入金凤蝶的卵中,可以导致88.5%的幼虫形态发生变异。而且基因被破坏的比例达到了98.2%。实时定量PCR也表明在形态异常的个体中Abdominal-B基因表达量也变的非常低。这项工作表明,在柑橘风蝶中能起作用的CRISPR/Cas9基因编辑技术也同样适用于其他蝴蝶物种,而且借助新的技术蝴蝶有巨大的潜力将会成新的研究遗传学、进化、以及发育的模型。