Nature：就是這個(gè)基因讓豬都能飛起來(lái)了

來(lái)源：作者：人氣：-發(fā)表時(shí)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(fā)育基礎(chǔ)。

人們用“豬會(huì)飛”來(lái)形容不可能的事情。但是，即使大多數(shù)哺乳動(dòng)物都是陸行動(dòng)物，在哺乳動(dòng)物的進(jìn)化過(guò)程中，從蝙蝠到鼯鼠，滑翔或飛行的能力已經(jīng)一次又一次地進(jìn)化。這是怎么發(fā)生的?

在本周發(fā)表在《自然》雜志上的一項(xiàng)研究中，由普林斯頓大學(xué)和貝勒醫(yī)學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)的一組研究人員解釋了"patagium(飛膜)“的基因組和發(fā)育基礎(chǔ)，patagium是一種薄薄的皮膚膜，可以讓一些哺乳動(dòng)物在空氣中翱翔。

圖1 Emx2是有袋類滑翔膜發(fā)育和進(jìn)化的基礎(chǔ)

“從分子和基因的角度來(lái)看，我們不太了解新特征和適應(yīng)性是如何產(chǎn)生的。我們想要研究一種進(jìn)化上的新奇事物是如何產(chǎn)生的，”普林斯頓大學(xué)分子生物學(xué)助理教授Ricardo Mallarino博士說(shuō)。

為了更好地理解翼層的進(jìn)化，研究小組把重點(diǎn)放在了有袋動(dòng)物身上。這是因?yàn)榛璧哪芰κ峭ㄟ^(guò)類似的解剖學(xué)變化在近親有袋動(dòng)物中反復(fù)發(fā)展出來(lái)的，比如糖鼯——一種小到可以放進(jìn)口袋的有袋動(dòng)物，作為一種外來(lái)寵物很受歡迎。

貝勒?qǐng)F(tuán)隊(duì)領(lǐng)導(dǎo)了15種有袋動(dòng)物的基因組測(cè)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(jìn)化。

“有趣的是，基因序列本身似乎并不是最相關(guān)的變化發(fā)生的地方。相反，關(guān)鍵的變化發(fā)生在基因組附近被稱為“增強(qiáng)子”的短DNA序列上。正是這些不斷變化的增強(qiáng)子改變了Emx2在體內(nèi)的活動(dòng)方式和位置，從而推動(dòng)了滑翔的進(jìn)化，”貝勒大學(xué)分子和人類遺傳學(xué)教授、基因組結(jié)構(gòu)中心主任、共同通訊作者Erez Lieberman Aiden博士說(shuō)。

“了解在基因組水平上發(fā)生的導(dǎo)致這些趨同特征的潛在變化是很重要的，因?yàn)樗梢愿嬖V我們進(jìn)化是否針對(duì)阻力最小的路徑。你可以有相同的結(jié)果，但到達(dá)那里的途徑不同，”第一作者Jorge Moreno說(shuō)。

圖2 在親緣關(guān)系密切的有袋動(dòng)物物種中，斑蝶屬的趨同進(jìn)化。

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

“有袋類動(dòng)物的出生階段比典型的哺乳動(dòng)物要早得多。它們不是在母親的子宮里繼續(xù)發(fā)育，而是爬進(jìn)母親的育兒袋，待在那里，直到它們準(zhǔn)備好獨(dú)立面對(duì)世界。事實(shí)上，它們就在育兒袋里，這使得研究像Emx2這樣的個(gè)體基因如何影響有袋動(dòng)物的發(fā)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(dòng)物中的遺傳程序，產(chǎn)生了有袋動(dòng)物的翼層。例如，Emx2在小鼠和糖鼯兩側(cè)的皮膚中都很活躍，但在糖鼯中，它的表達(dá)時(shí)間要長(zhǎng)得多。同樣在貝勒大學(xué)基因組結(jié)構(gòu)中心工作的Olga Dudchenko指出，“通過(guò)修改那些關(guān)鍵的Emx2增強(qiáng)子，一個(gè)又一個(gè)物種進(jìn)入了這個(gè)通用程序，發(fā)展滑翔能力。”

對(duì)于希望飛上天空的豬來(lái)說(shuō)，這是個(gè)鼓舞人心的消息。

參考資料

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