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科普天地

研究揭示蛇四肢变没的基因秘密

2016年11月02日 浏览量: 评论(0) 来源:科学网 作者:科学网 责任编辑:lwc
摘要:蛇在1亿年前失去了四肢,但科学家一直未弄清相关的遗传学变化。近日,发表在《细胞》的一项研究,对这一过程进行了阐述,描述了与蛇四肢形成相关的一段DNA片段,该DNA在蛇当中发生了突变。当研究人员把蛇的这段DNA插入到小鼠体内时,小鼠也发育出了“缩水”的四肢。这表明在蛇的进化过程中,一段关键DNA片段,失去了支持肢体生长能力。

蛇在1亿年前失去了四肢,但科学家一直未弄清相关的遗传学变化。近日,发表在《细胞》的一项研究,对这一过程进行了阐述,描述了与蛇四肢形成相关的一段DNA片段,该DNA在蛇当中发生了突变。当研究人员把蛇的这段DNA插入到小鼠体内时,小鼠也发育出了“缩水”的四肢。这表明在蛇的进化过程中,一段关键DNA片段,失去了支持肢体生长能力。

为了研究这种进化的分子根源,美国劳伦斯·伯克利国家实验室遗传学家Axel Visel和同事着手研究已发布的蛇基因组,包括基础的蛇,如蟒蛇和巨蟒,它们有残腿——小腿骨埋在肌肉中;以及高级的蛇,如毒蛇和眼镜蛇,它们已经失去了所有的肢体结构。在这些基因组中,他们关注了一个叫音猬因子(Shh)的基因。该基因参与多种发育过程——包括肢体的形成。研究人员深入分析了Shh基因的一个调控因子(极性决定活性区调控序列ZRS),该基因存在于蛇当中但发生了变异。

为了确定这些基因突变的后果,研究人员利用基因组编辑方法CRISPR,将来自其他各种脊椎动物的ZRS插入小鼠体内,替代小鼠的调节因子。当插入其他哺乳动物的ZRS时,小鼠四肢发育正常。甚至当他们插入来自鱼的ZRS时,小鼠也发育出了正常四肢。然而,当研究人员用蟒蛇或眼镜蛇的ZRS时,小鼠发育出了严重截断的前肢和后肢。

研究人员仔细观察了单个序列变化的进化史。通过比较蛇和其他脊椎动物的基因组,他们发现了一个特别可疑的17碱基对的缺失,它只发生在蛇当中。这段缺失删除了一段ZRS,其对于调节有脚动物的Shh基因发挥关键作用。

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