?虎斑貓基因突變出現(xiàn)斑點(diǎn)，而不是典型的條紋。圖片來源：JEAN-MICHEL LABAT/SCIENCE SOURCE

野貓和家貓身上的斑紋是如何出現(xiàn)的，一直是個迷。近日，美國哈森阿爾法生物技術(shù)研究院遺傳學(xué)家Gregory Barsh團(tuán)隊(duì)在預(yù)印本網(wǎng)站bioRxiv發(fā)表研究，對貓毛色斑紋的形成做出了解釋，并表示相關(guān)理論也可能適用于其他哺乳動物。

“這是一篇重要的論文，揭示了許多哺乳動物毛色斑紋的部分遺傳基礎(chǔ)?！庇_斯林研究所發(fā)展生物學(xué)家Denis Headon表示，該研究也讓我們得以了解這些基因在發(fā)育過程中是如何運(yùn)作，并形成“高度適應(yīng)性機(jī)制”，對基因調(diào)整做出反應(yīng)，從而產(chǎn)生條紋、斑點(diǎn)等各種各樣的圖案。

生物學(xué)家已經(jīng)確認(rèn)毛囊細(xì)胞是頭發(fā)或毛皮上色素的來源。1952年，計算機(jī)先驅(qū)Alan Turing提出，如果分子在組織中以不同速度擴(kuò)散，那么相互抑制和激活的分子就可以在自然界中創(chuàng)造周期性模式。30年后，科學(xué)家以他的理論為基礎(chǔ)提出了斑點(diǎn)、條紋和其他顏色圖案在發(fā)育過程中如何形成的假說：激活劑分子給細(xì)胞著色，但也會引發(fā)抑制劑的產(chǎn)生，后者擴(kuò)散速度比激活劑快，可以阻止色素產(chǎn)生。

Barsh團(tuán)隊(duì)瞄準(zhǔn)家貓，來追蹤影響其毛色的分子激活劑和抑制劑特性。十年前，他們追蹤到了一種名為Tabby的基因，當(dāng)這種基因發(fā)生突變時，虎斑貓會出現(xiàn)黑色斑點(diǎn)，而不是通常的黑色條紋。美國哈森阿爾法生物技術(shù)研究院基因?qū)W家Christopher Kaelin在國王獵豹身上發(fā)現(xiàn)了同樣的突變，這表明野生貓科動物和家貓都有相同的基因。

為了解其它基因及其突變在發(fā)育過程中的作用，研究人員對野貓?jiān)缙谂咛€體皮膚細(xì)胞中的活性基因進(jìn)行了分離和測序。他們發(fā)現(xiàn)，在胚胎發(fā)育至20天左右時，幾個基因的活性急劇增加，這些基因與Wnt信號有關(guān)，其中最活躍的基因之一是Dkk4。研究小組還發(fā)現(xiàn)，使Dkk4失活的突變導(dǎo)致阿比西尼亞貓和新加坡貓失去明顯的斑點(diǎn)標(biāo)記。Barsh指出，Tabby和Dkk4在同一通路上，可能在家貓和野貓中都起作用，但他還不知道它們是如何聯(lián)系在一起的。

研究小組認(rèn)為，在家貓體內(nèi)，Wnt和Dkk4分別是激活劑和抑制劑。在深色皮膚中，這兩種物質(zhì)的含量大致相同。但在顏色較淺的區(qū)域，移動較快的Dkk4蛋白很可能會關(guān)閉Wnt通道，停止色素的產(chǎn)生，從而產(chǎn)生條紋。

正如Turing理論所預(yù)測的那樣，Wnt-Dkk4信號再次在早期發(fā)育過程中發(fā)揮了關(guān)鍵作用，美國羅德島學(xué)院發(fā)育生物學(xué)家Larissa Patterson表示，這篇論文為野生貓科動物毛發(fā)圖案多樣性的潛在機(jī)制提供了發(fā)人深省的見解。英國布里斯托爾大學(xué)計算神經(jīng)學(xué)家Roland Baddeley表示贊同：“這一過程很可能也在其他哺乳動物身上起作用。”



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