虎斑貓基因突變出現斑點，而不是典型的條紋。圖片來源：JEAN-MICHEL LABAT
本報訊野貓和家貓身上的斑紋是如何出現的，這一直是個謎。近日，美國哈森阿爾法生物技術研究院遺傳學家Gregory Barsh團隊在預印本網站bioRxiv上發表研究結果，對貓毛色斑紋的形成做出了解釋，並表示相關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。”英國羅斯林研究所發育生物學家Denis Headon表示，該研究也讓我們得以了解這些基因在發育過程中是如何運作，並形成“高度適應性機制”，從而對基因調整做出反應，最終産生條紋、斑點等各種各樣的圖案。
生物學家已經確認毛囊細胞是頭發或毛皮上色素的來源。1952年，計算機先驅阿蘭·圖靈提出，如果分子在組織中以不同速度擴散，那麽相互抑制和激活的分子就可以在自然界中創造周期性模式。30年後，科學家以他的理論爲基礎提出了斑點、條紋和其他顔色圖案在發育過程中如何形成的假說：激活劑分子給細胞著色，但也會引發抑制劑的産生，後者擴散速度比激活劑快，可以阻止色素産生。
Barsh團隊瞄准家貓，追蹤了影響其毛色的分子激活劑和抑制劑特性。10年前，他們追蹤到一種名爲Tabby的基因，當這種基因發生突變時，虎斑貓會出現黑色斑點，而不是通常的黑色條紋。哈森阿爾法生物技術研究院基因學家Christopher Kaelin在國王獵豹身上發現了同樣的突變，這表明野生貓科動物和家貓都有相同的基因。
爲了解其他基因及其突變在發育過程中的作用，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。他們發現，在胚胎發育至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，其中最活躍的基因是Dkk4。研究小組還發現，使Dkk4失活的突變導致阿比西尼亞貓和新加坡貓失去明顯的斑點。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，但他還不知道兩者是如何聯系在一起的。
研究小組認爲，在家貓體內，Wnt和Dkk4分別是激活劑和抑制劑。在深色皮膚中，這兩種物質的含量大致相同。但在顔色較淺的區域，移動較快的Dkk4蛋白很可能會關閉Wnt通道，停止色素的産生，從而産生條紋。
正如圖靈理論所預測的那樣，Wnt-Dkk4信號再次在早期發育過程中發揮了關鍵作用。羅德島學院發育生物學家Larissa Patterson表示，這篇論文爲野生貓科動物毛發圖案多樣性的潛在機制提供了發人深省的見解。英國布裏斯托爾大學計算神經學家Roland Baddeley對此表示贊同：“這一過程很可能也在其他哺乳動物身上也起作用。”（辛雨）
來源： 《中國科學報》