鳞翅目动物（蝴蝶和飞蛾）的翅膀颜色图案非常多样化，许多物种的翅膀颜色图案都是黑白的，或者是深色和明亮的，这与黑色素的存在和缺乏有关。许多翅膀颜色图案的变异都是自然选择和进化的教科书范例。典型的例子包括英国胡椒蛾白桦（Biston betularia）的黑色形式的频率迅速增加，这是由于19世纪末英国碳燃烧和工业化造成的更黑更黑的环境所导致的，还有Heliconius蝴蝶的模拟辐射，等等。

尽管这些鳞翅目动物的翅膀上有或没有黑色素的生态驱动因素，但颜色变化的遗传和发育基础仍不清楚。

蝴蝶和飞蛾是如何把翅膀涂成黑色或白色的？

在过去的二十年里，科学家们发现，大多数黑色翅膀的颜色变异是由蛋白质编码基因“皮层”周围的单个基因组区域控制的。于是，人们假设cortex是黑色的开关。由新加坡国立大学（NUS）生物科学系Antónia MONTEIRO教授和Shen TIAN博士领导的来自新加坡、日本和美国的国际研究小组发现，cortex并不影响黑色素的颜色。相反，一种之前被忽略的microRNA （miRNA）才是真正的颜色开关。

研究结果发表在2024年12月5日的《科学》杂志上。

这项研究的主要作者TIAN博士说：“以前研究的大量证据对大脑皮层是否真的是黑色颜色开关产生了怀疑，这激发了我去测试这个基因组区域中其他一些基因组特征的功能——miRNAs。”他在新加坡国立大学Monteiro教授的实验室担任博士/博士后研究员，现为美国杜克大学博士后研究员。

TIAN博士补充说：“mirna是一种小RNA分子，不像大多数基因那样编码蛋白质，但它们通过抑制靶基因的表达在基因调控中发挥重要作用。”

在这项研究中，田博士和他的同事们发现了一个位于皮层附近的miRNA： mir-193。该团队使用基因编辑工具CRISPR-Cas9在三个深度分化的蝴蝶谱系中破坏了mir-193。mir-193的完全破坏消除了非洲眯眼灌木棕色蝴蝶（cycloclus anynana）、印度卷心菜白蝴蝶（Pieris canidia）和常见的美农蝴蝶（Papilio polytes）的黑色和深色翅膀。相比之下，破坏来自同一基因组区域的皮层和其他三个蛋白质编码基因对羽翼颜色没有影响。这表明mir-193，而不是皮质或任何其他附近的基因，是这些鳞翅目中关键的黑色颜色调节因子。

研究小组进一步证实，mir-193是由一种长链非蛋白编码RNA：ivory加工而成的，它通过直接抑制多种色素沉着基因发挥作用。由于mir-193的序列不仅在鳞翅目中，而且在整个动物界都是高度保守的，因此研究小组还测试了mir-193在果蝇中的作用。令人惊讶的是，mir-193也被发现控制这些果蝇的黑色着色，这表明mir-193在鳞翅目之外具有非常保守的作用。

“虽然以前的研究只关注皮层在产生黑色颜色变化中的作用，但这项工作颠覆了这一长期存在的假设，并证明了一种小的、非蛋白质编码的RNA是开关，通过表达或不表达，导致自然界中黑色翅膀的各种颜色变化。”

“这项研究表明，在基因型-表型关联研究中，不应该忽视注释不良的非蛋白质编码RNA，如mirna，否则会导致误导性的结论。”

Tian博士说：“非编码rna在表型多样化中的作用在很大程度上尚未得到充分研究。这项研究促进了对非编码rna（如mirna）如何促进生物表型多样化的进一步研究。”