Nature：就是這個基因讓豬都能飛起來了

來源：作者：人氣：-發(fā)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(fā)育基礎(chǔ)。

人們用“豬會飛”來形容不可能的事情。但是，即使大多數(shù)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(jīng)一次又一次地進化。這是怎么發(fā)生的?

在本周發(fā)表在《自然》雜志上的一項研究中，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，可以讓一些哺乳動物在空氣中翱翔。

圖1 Emx2是有袋類滑翔膜發(fā)育和進化的基礎(chǔ)

“從分子和基因的角度來看，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。

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(xué)變化在近親有袋動物中反復(fù)發(fā)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(lǐng)導(dǎo)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(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(nèi)的活動方式和位置，從而推動了滑翔的進化，”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。

“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(jié)果，但到達那里的途徑不同，”第一作者Jorge Moreno說。

圖2 在親緣關(guān)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(xù)發(fā)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(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物中的遺傳程序，產(chǎn)生了有袋動物的翼層。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，它的表達時間要長得多。同樣在貝勒大學(xué)基因組結(jié)構(gòu)中心工作的Olga Dudchenko指出，“通過修改那些關(guān)鍵的Emx2增強子，一個又一個物種進入了這個通用程序，發(fā)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