?虎斑貓基因突變出現(xiàn)斑點，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團隊在預(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)育過程中是如何運作，并形成“高度適應(yīng)性機制”，對基因調(diào)整做出反應(yīng)，從而產(chǎn)生條紋、斑點等各種各樣的圖案。

生物學(xué)家已經(jīng)確認毛囊細胞是頭發(fā)或毛皮上色素的來源。1952年，計算機先驅(qū)Alan Turing提出，如果分子在組織中以不同速度擴散，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、條紋和其他顏色圖案在發(fā)育過程中如何形成的假說：激活劑分子給細胞著色，但也會引發(fā)抑制劑的產(chǎn)生，后者擴散速度比激活劑快，可以阻止色素產(chǎn)生。

Barsh團隊瞄準(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，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，研究人員對野貓早期胚胎個體皮膚細胞中的活性基因進行了分離和測序。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?！?br>


關(guān)注【深圳科普】微信公眾號，在對話框：
回復(fù)【最新活動】，了解近期科普活動
回復(fù)【科普行】，了解最新深圳科普行活動
回復(fù)【研學(xué)營】，了解最新科普研學(xué)營
回復(fù)【科普課堂】，了解最新科普課堂
回復(fù)【科普書籍】，了解最新科普書籍
回復(fù)【團體定制】，了解最新團體定制活動
回復(fù)【科普基地】，了解深圳科普基地詳情
回復(fù)【觀鳥知識】，學(xué)習(xí)觀鳥相關(guān)科普知識