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Nature：就是這個基因讓豬都能飛起來了

來源：作者：人氣：-發表時間：2024-04-30 16:22:00【大中小】

摘要：研究人員解釋了patagium的基因組和發育基礎。

人們用“豬會飛”來形容不可能的事情。但是，即使大多數哺乳動物都是陸行動物，在哺乳動物的進化過程中，從蝙蝠到鼯鼠，滑翔或飛行的能力已經一次又一次地進化。這是怎么發生的?

在本周發表在《自然》雜志上的一項研究中，由普林斯頓大學和貝勒醫學院領導的一組研究人員解釋了"patagium(飛膜)“的基因組和發育基礎，patagium是一種薄薄的皮膚膜，可以讓一些哺乳動物在空氣中翱翔。

圖1 Emx2是有袋類滑翔膜發育和進化的基礎

“從分子和基因的角度來看，我們不太了解新特征和適應性是如何產生的。我們想要研究一種進化上的新奇事物是如何產生的，”普林斯頓大學分子生物學助理教授Ricardo Mallarino博士說。

為了更好地理解翼層的進化，研究小組把重點放在了有袋動物身上。這是因為滑翔的能力是通過類似的解剖學變化在近親有袋動物中反復發展出來的，比如糖鼯——一種小到可以放進口袋的有袋動物，作為一種外來寵物很受歡迎。

貝勒團隊領導了15種有袋動物的基因組測序，確定了滑翔物種和它們的非滑翔親屬的DNA序列。比較這些序列揭示了Emx2基因附近的加速進化。

“有趣的是，基因序列本身似乎并不是最相關的變化發生的地方。相反，關鍵的變化發生在基因組附近被稱為“增強子”的短DNA序列上。正是這些不斷變化的增強子改變了Emx2在體內的活動方式和位置，從而推動了滑翔的進化，”貝勒大學分子和人類遺傳學教授、基因組結構中心主任、共同通訊作者Erez Lieberman Aiden博士說。

“了解在基因組水平上發生的導致這些趨同特征的潛在變化是很重要的，因為它可以告訴我們進化是否針對阻力最小的路徑。你可以有相同的結果，但到達那里的途徑不同，”第一作者Jorge Moreno說。

圖2 在親緣關系密切的有袋動物物種中，斑蝶屬的趨同進化。

接下來，研究人員想要驗證這些想法。為了做到這一點，他們使用了有袋動物最獨特的特征之一——它們的育兒袋。

“有袋類動物的出生階段比典型的哺乳動物要早得多。它們不是在母親的子宮里繼續發育，而是爬進母親的育兒袋，待在那里，直到它們準備好獨立面對世界。事實上，它們就在育兒袋里，這使得研究像Emx2這樣的個體基因如何影響有袋動物的發育變得更加容易。”

研究人員表明，Emx2利用一種可能存在于所有哺乳動物中的遺傳程序，產生了有袋動物的翼層。例如，Emx2在小鼠和糖鼯兩側的皮膚中都很活躍，但在糖鼯中，它的表達時間要長得多。同樣在貝勒大學基因組結構中心工作的Olga Dudchenko指出，“通過修改那些關鍵的Emx2增強子，一個又一個物種進入了這個通用程序，發展滑翔能力。”

對于希望飛上天空的豬來說，這是個鼓舞人心的消息。

參考資料

[1] Emx2 underlies the development and evolution of marsupial gliding membranes