大多数品种的鸡都赤脚行走,爪子上没有羽毛。
但一项新研究发现了一种简单的基因方法可以扭转这一情况,巧妙地将鳞片转化为其他东西。即使是基因表达最小的变化也会影响胚胎发育。
研究人员通过所谓的 Sonic Hedgehog 通路进行的研究,也有助于解释有鳞的恐龙最终如何演化成小型、有羽毛的鸟类谱系。
这项研究对孵化了11天的鸡胚进行了观察,并通过强光照射,这个过程称为“照蛋”,照亮了胚胎内部。
这使得研究人员能够将一种化学物质注射到仍在发育的鸡体内,刺激了 Sonic Hedgehog 通路,而无需改变鸡的 DNA。
长有羽毛的鸡爪
当鸡孵化出来时,它们的脚垫和脚趾上有绒毛,这些羽毛后来发育成成年的羽毛,从皮肤上成簇生长。
不知何故,微调 Sonic Hedgehog 导致了整个系统从鳞片变成常规羽毛。如果掉了一根,它就会重新长出来,就像鸡身体其他部位的羽毛一样。
“我们的研究结果表明,从鳞片到羽毛的演化飞跃并不需要基因组组成或表达的巨大变化,”日内瓦大学遗传与演化系教授 Michel Milinkovitch 在一份新闻稿中说。“相反,一个基因 [Sonic Hedgehog] 表达的暂时变化,可以产生一系列发育事件,导致羽毛而不是鳞片的形成。”
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刺猬索尼克一样的爪子
鸡毛只是脊椎动物“皮肤附属物”的一个例子,其他还包括鳞片、刺、毛发、牙齿和指甲。研究称,这些 tend to have "highly conserved early developmental processes"(早期发育过程高度保守),这意味着它们来自一个令人惊讶的狭窄通路列表,包括 Sonic Hedgehog (SHH)。
为了确保注入鸡蛋的化学物质仅激活 SHH,研究人员对一系列处于不同发育阶段的胚胎进行了 RNA 分析。他们发现该化学物质仅激活了 Sonic Hedgehog,这意味着它一定是脚上长羽毛的原因。
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什么是 Sonic Hedgehog 基因?
该通路在脊椎动物发育中起着至关重要的作用,包括神经管的形成(在人类中形成大脑和脊髓)以及所谓的“肢芽”(发育成手臂和腿)。
SHH 在人类胚胎发育中起着如此关键的作用,以至于 SHH 蛋白或通路中的缺陷可能导致一种疾病,即全前脑无裂畸形 (HPE)。大脑的左右侧无法分离,导致面部畸形。根据病情的严重程度,患有 HPE 的婴儿可能会早夭,也可能活到成年。
1980 年,生物学家 Christine Nusslein-Volhard 和 Eric Wiechaus 在果蝇中首次识别了 SHH 基因——尽管当时他们称之为 Hedgehog。他们注意到,Hedgehog 功能不良的果蝇会长出不寻常的节段和成簇的刚毛,就像刺猬一样。
后来,一位名叫 Robert Riddle 的博士后研究员为哺乳动物版本的基因选择了“Sonic Hedgehog”这个名字,因为他最近看到他的女儿在读一本索尼克漫画书。
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