摘要: 蛇沒有腳，但新研究發(fā)現(xiàn)蛇的基因組中潛伏著對它長腳至關(guān)重要的DNA。那么，為何蛇要四處攜帶這樣的遺傳包袱呢？當(dāng)然是為了長出陰莖。 一項發(fā)表在10月1日《發(fā)育細(xì)胞》雜志中的新研究顯示，控制哺乳動物胚胎發(fā)育過程中長出四肢的相同基因片段對于哺乳動物和爬行動物(包括沒...
蛇沒有腳，但新研究發(fā)現(xiàn)蛇的基因組中潛伏著對它長腳至關(guān)重要的DNA。那么，為何蛇要四處攜帶這樣的遺傳包袱呢？當(dāng)然是為了長出陰莖。
一項發(fā)表在10月1日《發(fā)育細(xì)胞》雜志中的新研究顯示，控制哺乳動物胚胎發(fā)育過程中長出四肢的相同基因片段對于哺乳動物和爬行動物(包括沒有腿的蛇)陰莖的發(fā)育至關(guān)重要。(胚胎陰莖結(jié)構(gòu)最終會變成雄性的陰莖和雌性的陰蒂。)
美國喬治亞大學(xué)遺傳研究員Doug Menke是研究的主要作者，他說：“我們將這些視為四肢增強(qiáng)劑，但基本上，這些遺傳因素也參與身體其它組織的發(fā)育并促進(jìn)基因表達(dá)?！?/p>
缺失的腿
Menke和他的團(tuán)隊對名為順式元件的DNA成分很感興趣。這些遺傳信息片段不同于DNA編碼，并不會提供合成蛋白質(zhì)的配方。相反，它們是非編碼片段。它們的工作是控制蛋白質(zhì)編碼基因的表達(dá)和沉默。
安樂蜥蜴的胚胎
Menke說胚胎在子宮內(nèi)發(fā)育四肢時，上百種這樣的片段會參與到這一過程中。研究人員們想要更好地理解四肢增強(qiáng)劑對不同形狀和大小的四肢演變所作的貢獻(xiàn)。
Menke說：“最極端的例子要數(shù)完全沒有四肢的動物?！?有些蛇擁有很小的、早已退化的四肢，它們是八千多萬年前擁有四肢的蛇的遺留物。)
研究人員們最先研究了三種蛇(巨蚺、緬甸蟒和扁頸眼鏡蛇)和一種有腿的爬行動物安樂蜥蜴的基因組。他們找到了驚喜。
Menke說：“我們在蛇和蜥蜴體內(nèi)檢測到的增強(qiáng)劑數(shù)目很相似?？偟恼f來，如果我們能找到一種同時存在于哺乳動物和蜥蜴體內(nèi)的四肢增強(qiáng)劑，那么我們也能在蛇體內(nèi)找到相同的增強(qiáng)劑。”
四肢VS鉛筆
這一發(fā)現(xiàn)很奇怪，因為DNA是一種要么使用要么丟失的工具。蛇失去它們的腿距今已有八千多萬年，增強(qiáng)四肢的DNA應(yīng)該早就變成了隨機(jī)突變的爛攤子才對。但事實是，這些序列完整，表明它們也許還具備一種重要的功能。
研究人員已經(jīng)了解到許多哺乳動物的四肢增強(qiáng)劑在哺乳動物的胚胎發(fā)育外生殖器的階段會格外活躍。在新的研究中，Menke的團(tuán)隊利用老鼠進(jìn)行研究后發(fā)現(xiàn)，一半充當(dāng)四肢增強(qiáng)劑的基因片段在陰莖發(fā)育階段也很活躍。最后，四肢和陰莖是主干生長的結(jié)果，因此它們共享基因來完成各自的生長具備重要意義。
當(dāng)研究安樂蜥蜴時，研究人員們發(fā)現(xiàn)四肢增強(qiáng)劑也影響了后肢和外生殖器。接著，他們?nèi)〕錾叩脑鰪?qiáng)片段，將其拼接到發(fā)育的老師胚胎DNA中。他們發(fā)現(xiàn)蛇的DNA片段不再能打開老鼠后腿的基因，但它們能激活老鼠的生殖道基因。Menke表示，換句話說，蛇的增強(qiáng)片段專為陰莖存在。
玉米蛇的胚胎
陰莖的演變
這些發(fā)現(xiàn)擴(kuò)大了科學(xué)家們對外生殖器演變的知識面。Menke說他們假設(shè)古老的、沒有四肢的動物在體外受精時利用它們長腿的基因來發(fā)育陰莖。(陰莖最先出現(xiàn)在3.1億年前的演化中。)這些發(fā)現(xiàn)符合原先的看法。
該研究對人類也有影響。有些家族遺傳病會導(dǎo)致嬰兒出生時四肢和生殖器有缺陷。罕見的手足生殖器綜合征就是這樣的例子，患者的大拇指和大腳趾縮短，手腕和腳踝畸形，尿道缺陷，有時患者子宮也會有缺陷。這種綜合征是蛋白質(zhì)編碼基因突變的結(jié)果。新研究表明非編碼的四肢增強(qiáng)劑缺陷可能也會帶來一些問題。
Menke表示下一個問題在于，是什么讓這些增強(qiáng)劑變成四肢或者外生殖器的特定增強(qiáng)劑。是與這些DNA片段有關(guān)的蛋白質(zhì)差異？還是DNA片段導(dǎo)致的四肢和外生殖器差異？
Menke說：“有些回路非常困難。陰莖的形態(tài)和功能與你的腿有很大差別?！?/p>
