用「基因畫筆」給蝴蝶染色

當那隻蝴蝶破繭而出時，美國康奈爾大學的研究員羅伯特·里德驚呆了。它是一隻銀紋紅袖蝶，本應該穿戴著鮮艷的橙黃色外衣，有著像老虎皮一樣的條紋。但他眼前的這隻蝴蝶身上完全沒有橙色的痕迹，它基本上是黑色和銀色的。

這隻蝴蝶怎麼會變成這個樣子呢？

負責填色的optix基因

原來，里德刪除了銀紋紅袖蝶基因中一個叫optix的基因，就創造出了這種黑黝黝的蝴蝶。後來他通過刪除各種各樣的蝴蝶中的optix基因，發現蝴蝶翅膀上紅色的部分都變成了黑色：除了銀紋紅袖蝶從一隻鮮艷的橙色昆蟲轉變成黑色小蟲外，小紅蛺蝶也失去了它複雜多彩的圖案，幾乎變成了單一的顏色。這種改變就像是在圖片處理軟體中把圖片調成了灰度模式一樣，這些原本應該鮮艷多彩的蝴蝶看起來像灰撲撲的蛾子。

這些實驗揭示了optix在不同蝴蝶身上作用都是一樣的，即像一支畫筆一樣，給蝴蝶翅膀上色。如果說有些基因就像畫家的手一樣，決定畫筆落筆的位置，另一些基因扮演著顏料的角色，那麼optix就是一支畫筆，給蝴蝶的翅膀上著色。如果沒有了optix這支畫筆，顏料就填不上去，蝴蝶的翅膀上就會產生黑色素，而不是原本應該絢麗多彩的顏色。

更有意思的是，當他們在常見的七葉樹蝶身上也敲除了optix時，不僅原本棕色和黃色的部分變黑了，其翅膀還獲得了閃耀的金屬般藍色。而蝴蝶種群中就有這樣一群以令人驚嘆的熒光藍而聞名的蝴蝶——閃蝶。它們身上的熒光色是由於翅膀上鱗片的微觀層次的作用，可以收集、反射和放大藍光，使它從特定角度上看上去特別閃耀。看來，七葉樹蝶原來也擁有像閃蝶一樣能製造這種熒光藍翅膀的材料，可能被optix抑制了，使七葉樹蝶看起來只是一隻棕色的無光澤蝴蝶。

設計輪廓的WntA基因

除了optix，科學家還在蝴蝶中刪除了一種叫做WntA的基因，發現它在不同蝴蝶的翅膀中，起著不同的作用。在小紅蛺蝶和七葉樹蝶身上，看起來像是有人拿了一塊橡皮擦，擦掉了原本的斑點。而對於斑點木蝶和薩拉長翼蝴蝶，翅膀中的黑色部分消失，而原來的白色和黃色填補了這些地方。在銀紋紅袖蝶中，一些銀白色的斑點消失了。在帝王蝶中，有些原來是橙色的地方像是被白色顏料所覆蓋，而這白色原來是黑色條紋的邊緣，原本是幾乎看不見的。

總之，敲掉了WntA的基因，就改變了蝴蝶翅膀中的圖案。如果說optix基因是填充顏色的畫筆， 那麼WntA基因則是繪製草圖的工具，它決定了翅膀各種顏色圖案的輪廓。

強大的基因編輯技術

里德之所以能這麼容易證實optix和WntA是控制蝴蝶翅膀外觀的「基因畫筆」，是因為使用了一種名為CRISPR的基因編輯技術。

長久以來，包括里德在內的許多生物學家都在尋找著這些翅膀圖案背後由什麼基因所控制。在早期的研究中，通過艱苦的雜交育種實驗，科學家們曾經找出了一些決定圖案的基因，但是到底這些基因是怎麼去控制的，他們仍未可知。只是當時沒有刪除基因的技術，無法看出這些基因的缺失是怎樣引起蝴蝶翅膀產生改變的。因此，他們的研究像是碰到了一堵高牆，沒法得到有力的證據。

而正是CRISPR改變了一切。

其實，在生命進化史上，這一技術已經被細菌利用了數十億年，用以清除病毒製造的外來入侵基因片段，是細菌在與病毒進行鬥爭的過程中進化出的免疫方式。該技術直到最近五年內才被科學家掌握，使研究人員能夠更容易、更精確地切割和編輯DNA，做一些十年前根本無法想像的實驗。現在，他們可以用CRISPR來探測癌細胞的弱點、研究身體是如何構建的，以及了解我們的腳如何從魚鰭進化而來等。

CRISPR的優點在於它是如此萬能，使得科學家們可以在不同物種中迅速操縱相同的基因。CRISPR就像是一把能夠剪斷DNA的分子剪刀，雖然限制性內切酶也能剪斷DNA，但這兩者的不同之處在於，一種限制性內切酶只能在特定的位點對DNA進行切割，而CRISPR則更為靈活，通過人為設計可以調節它所要剪斷的位點。

當里德第一次看到那隻翅膀圖案被改變的蝴蝶飛出來的時候，他不禁感慨，剪切基因本來應該是他職業生涯中最大的挑戰，有了CRISPR技術，現在卻成為一個本科生都能勝任的項目。CRISPR是一個奇蹟，有了它，科學家就可以隨意操作一個受精卵中的基因，並準確地觀察它所起的作用。假以時日，科學家們將能夠駕馭這種著色方法，實現為活體蝴蝶設計翅膀圖案。

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！