斑马条纹的奥秘——非洲鼠来“告诉你”| Nature 论文推荐

动物的条纹是如何形成的？

来源 Science News

撰文 Elizabeth Pennisi

翻译 韩宇

审校 安定

斑马的条纹是如何形成的？

这是个有趣的问题，但是在实验室研究斑马却非常困难。目前，科学家通过对背部具有深浅条纹的鼠类进行研究，发现了一些关于动物身上黑白花纹的线索。该研究相关发表在了 NATURE 上，论文相关信息见文末。

华盛顿大学的进化发育生物学家 Larissa Patterson 说：“这篇文章为‘哺乳动物的条纹是怎么来的’这一由来已久的问题提供了令人兴奋的新见解”。

对于动物而言，条纹不仅仅让它们看起来更加赏心悦目，还有着其他的重要意义。举例来说，2012年就有团队提出斑马的条纹可使它们更少地遭到螫蝇的骚扰。其他动物利用条纹来伪装自己或迷惑捕食者，有时条纹可以帮助他们吸引合适的伴侣。

因此，了解黑白条纹复杂的形成原理对揭示进化和发育的作用机制是至关重要的。

基因在哺乳动物发育过程中如何表达成图案？条纹为该问题提供了研究机会。虽然哈佛大学的进化生物学家 Hopi Hoekstra 纹就是该问题很好的研究对象在对实验小鼠的研究中早已确定了在促进色素细胞生长和色素合成中发挥作用的基因，但这些实验小鼠的条纹毫无特点。于是她和同事收集并研究生活在非洲西南部沿背部交替排列着深浅条纹的条纹鼠（Rhabdomys pumiliom）。

她的团队首先对无色、黑色和黄色体毛（毛发基部均为深色）进行编目。无色体毛构成了浅色条纹，黑色体毛在深色条纹中最旺盛。接下来，他们对胚胎期条纹鼠的皮肤发育进行跟踪观察，随后找出皮肤发育不同时期哪些颜色相关基因表现活跃。

观察结果发现，在浅色条纹分布的地方黑色素细胞发育不完全，所以黑色素产量偏低。11月2日，研究者在 Nature 上发表文章，介绍了一种名为 Alx3 的基因在此过程中发挥的作用。这种基因在形成浅色条纹的区域表达更加活跃，它的存在抑制了启动细胞合成色素的蛋白活性。

研究者同时还研究了东方的金花鼠。金花鼠具有和条纹鼠相似的横向条纹，但金花鼠和条纹鼠于7千万年前在进化中分道扬镳，其条纹是独立进化的结果。尽管如此，研究者还是发现 Alx3 基因在金花鼠中同样重要。于是Hoekstra及同事认为哺乳动物的条纹和其他独特的颜色样式都是由 Alx3 基因控制的。

然而，并不是所有人都同意该结论，Caro 表示要想回答这个问题，我们还需要在其他动物身上做更多如此高质量的研究。 而普林斯顿大学发育生物学家Michael Levine 对此结果却非常看好，因为该基因与果蝇中控制昆虫肢末端颜色样式的基因密切相关，他预言道：“在大部分甚至所有哺乳动物的色素沉积式条纹的形成过程中，Alx3 都可能起着重要的作用。”

初步研究发现，Alx3 基因在斑马的白色部分比黑色部分更加活跃，这暗示了斑马也可能是通过上述途径得到条纹的。论文通讯作者Hoekstra说道：“我们仍需实际的在斑马身上做更多的研究来验证这种猜测。” 

文章来源

http://www.sciencemag.org/news/2016/11/key-zebra-stripes-may-be-found-african-mouse?utm_campaign=news_daily_2016-11-02&et_rid=17105183&et_cid=955896

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论文基本信息

【题目】Developmental mechanisms of stripe patterns in rodents

【作者】Ricardo Mallarino, Corneliu Henegar, Mercedes Mirasierra, Marie Manceau, Carsten Schradin, Mario Vallejo, Slobodan Beronja, Gregory S. Barsh & Hopi E. Hoekstra

【刊期】Nature

【日期】02 November 2016

【DOI】10.1038/nature20109

【摘要】Mammalian colour patterns are among the most recognizable characteristics found in nature and can have a profound impact on fitness. However, little is known about the mechanisms underlying the formation and subsequent evolution of these patterns. Here we show that, in the African striped mouse (Rhabdomys pumilio), periodic dorsal stripes result from underlying differences in melanocyte maturation, which give rise to spatial variation in hair colour. We identify the transcription factor ALX3 as a regulator of this process. In embryonic dorsal skin, patterned expression of Alx3 precedes pigment stripes and acts to directly repress Mitf, a master regulator of melanocyte differentiation, thereby giving rise to light-coloured hair. Moreover, Alx3 is upregulated in the light stripes of chipmunks, which have independently evolved a similar dorsal pattern. Our results show a previously undescribed mechanism for modulating spatial variation in hair colour and provide insights into how phenotypic novelty evolves.

【原文链接】http://www.nature.com/nature/journal/vaop/ncurrent/full/nature20109.html

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