貓身上的斑紋從何而來？新研究成果出爐

事實上，貓的身上可能會形成各種條紋和斑塊色，且一只貓身上可能出現(xiàn)不止一種類型的斑紋。而且貓身上的斑紋也不是一成不變的，會受到年齡和環(huán)境狀況的影響。斑紋不僅僅是一種外形上的特色，在一些貓的品種中，它也會成為不同個體外貌的識別特征之一。
但貓身上的斑紋究竟是如何出現(xiàn)的？是遺傳還是變異？先天還是后天形成？許多人曾對此有過疑惑，但至今我們?nèi)晕凑业酱鸢浮?/span>
而近日，美國哈森阿爾法生物技術(shù)研究院遺傳學家 Gregory Barsh 團隊在bioRxiv 上發(fā)表了研究論文《貓顏色模式建立的發(fā)育遺傳學》（Developmental Genetics of Color Pattern Establishment in Cats）。研究中，他們從貓顏色模式建立的發(fā)育遺傳學角度，對貓毛色斑紋的形成做出了解釋，并表示相關(guān)理論也可能適用于其他哺乳動物。

在此研究中，Barsh 團隊將形態(tài)學和單細胞基因表達分析應用于家貓?zhí)旱钠つw，以確定何時、何地以及如何在胎兒發(fā)育過程中建立貓科動物的顏色模式。而在發(fā)育早期，他們發(fā)現(xiàn)在表皮厚度的條紋狀改變前有一個基因表達預模式，由 Dickkopf 4 (Dkk4) 編碼的分泌型 Wnt 抑制劑在這一過程中發(fā)揮了核心作用，并在具有滴答圖案類型的貓中發(fā)生突變。
事實上，此前已有研究表明，遵循圖靈模式的分子有助于觸發(fā)老鼠毛囊的發(fā)育。但是哺乳動物的毛色是如何形成的，依然沒有定論，因為老鼠和其他易于研究的實驗室動物通常沒有斑點或條紋。
而由于家貓的遺傳和基因組基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的易得性，現(xiàn)有的組織樣本的基因組和組織學研究基礎(chǔ)，以及模式類型的多樣性，家貓可以說是研究顏色模式及斑紋形成的有用模型。因此，Barsh 研究小組對準家貓，并追蹤影響其毛色的分子激活劑和抑制劑特性。他們基于先前建立的 262 個主要毛囊斑的基因特征，比較了貓在顏色模式建立期間在基底角質(zhì)形成細胞亞群中差異表達的基因與在小鼠毛囊斑和小泡間表皮之間差異表達的基因。
Barsh 研究小組將單細胞基因表達分析應用于胎貓皮膚，以研究模式建立的發(fā)育、分子和基因組基礎(chǔ)。他們發(fā)現(xiàn)其中一個由 Dickkopf 4 編碼的信號分子 (Dkk4) 是一種自然發(fā)生的突變，這種突變會影響斑紋模式，并在模式形成過程中發(fā)揮關(guān)鍵作用。美國羅得島學院的發(fā)育生物學家 Larissa Patterson 表示，“我們看到 Wnt-Dkk4 信號再次發(fā)揮了關(guān)鍵的早期作用，這是值得注意的，盡管并不完全令人驚訝?！?/span>
Dkk4 是一種已知的 Wnt 信號抑制劑，在許多動物的發(fā)育過程中，其作用是幫助決定細胞命運和刺激細胞生長。而在家貓中，Wnt 和 Dkk4 分別是激活劑和抑制劑。經(jīng)研究表明，在深色皮膚中，它們的數(shù)量大致相同，但在較淺的區(qū)域，快速移動的 Dkk4 蛋白很可能會關(guān)閉 Wnt，色素由此停止產(chǎn)生，進而會產(chǎn)生條紋。
Barsh 研究小組將單細胞基因表達分析應用于胎貓皮膚，以研究模式建立的發(fā)育、分子和基因組基礎(chǔ)。他們發(fā)現(xiàn)其中一個由 Dickkopf 4 編碼的信號分子 (Dkk4) 是一種自然發(fā)生的突變，這種突變會影響斑紋模式，并在模式形成過程中發(fā)揮關(guān)鍵作用。
這項研究結(jié)果從分子上理解了豹是如何獲得斑點的，表明類似的機制是周期性的顏色模式和周期性的毛囊間隔，并為其他哺乳動物的不同模式變化確定了新的目標。
“這是一篇重要的論文，揭示了許多哺乳動物身上顯著的毛色標記的部分遺傳基礎(chǔ)，” 羅斯林研究所的發(fā)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(fā)育過程中是如何運作的，并形成了所謂的 “高度適應性機制”，即該機制可對基因調(diào)整作出反應，產(chǎn)生從條紋到斑點等各種不同的皮毛圖案。
“我們的工作為色彩圖案的形成機制提供了基本的見解，并為更廣泛地探索周期圖案的生物學提供了平臺。”Gregory Barsh 在論文中寫到。
美國羅德島學院發(fā)育生物學家 Patterson 也表示，“這篇論文對野生貓科動物毛發(fā)圖案多樣性的潛在機制提供了發(fā)人深思的見解，” 布里斯托爾大學 (University of Bristol) 的計算神經(jīng)科學 Roland Baddeley 表示贊同，這 “大大增加了證據(jù)”，他表示這一過程在貓中起作用，而且很可能在其他哺乳動物中也起作用。