在果蝇体内重现帝王蝶毒素抗性的演化路径

帝王蝶是少数具有毒性的蝴蝶，它的毒性来自于食物马利筋。马利筋会分泌“强心甾”，专门和动物体内的钠钾泵结合，量大可致命。但是帝王蝶的钠钾泵发生了突变，所以能将马利筋的毒素储存在自己的身体里。

研究者利用基因测序技术发现能够抵抗强心甾的昆虫的钠钾泵均有突变，且为多次独立演化。所有突变中，111、119和122 这三个位点上的突变频率最高。通过 CRISPR-Cas9 基因编辑技术，研究者构建了含有这三个位点突变的转基因果蝇。检测发现，当单独引入111突变时抗性略有增加，单独引入119突变基本不变，111+119 双突变比111单突变的抗性要强，122单突变使抗毒性大幅增强，但还是111+119+122这三个突变同时存在抗毒能力最强，增加了几乎1000倍，和帝王蝶的抗毒水平持平，俨然成了“帝王蝇”。

研究者还对转基因果蝇进行了 “癫痫-瘫痪” 测试，将果蝇置于瓶内剧烈晃动，并记录其恢复站立所需时间，用以反映神经系统应对突发机械刺激的能力。野生型果蝇会在震动后立即重新站起，但122突变的果蝇90秒后才能重新站立，111突变的果蝇花费约50秒，而119突变的果蝇和野生型并无二致。111+119双突变和111+119+122三突变的果蝇组内差异较大，但平均值接近正常野生型果蝇。

研究者同时检测了纯合果蝇与杂合果蝇，结果显示在杂合果蝇中，突变钠钾泵和正常钠钾泵在表达量上并无差异；突变钠钾泵的抗性显著增加，纯合的抗性高于杂合；“癫痫-瘫痪” 测试中纯合却比杂合需要更漫长的恢复时间。

在此之前，演化学家通常将目光集中在现存的生物当中，但这项“真的重现了演化历史”的研究使人们知道可以通过基因编辑对突变之间的相互作用进行研究，一步一步复原最有可能的演化轨迹。