发色遗传的奥秘

阿波罗(Apollo)是古希腊神话中最著名的神祇之一，是所有男神之中最英俊的一个，他快乐、聪明、拥有阳光般的气质，加上一头金发，在许多艺术家的诗与画中被视为光明、畜牧和音乐之神。

金发阿波罗是银发宙斯和黑发勒托的孩子。阿波罗的金发是从父母那里遗传过来的吗？金发基因到底是怎么回事呢？先抛开神话不讲，我们来探究一下金发的遗传吧，看看发色遗传到底有着怎样的奥秘。

        人类发色是由于毛囊内的两种色素--真黑素（，色泽较深的黑色素）和褐黑素（pheomelanin，较浅的黑色素）的沉着不一而产生差异的。棕黑素使头发呈黄色和红色，而真黑素则与头发黑色深浅有关。通常地，真黑素越多，头发颜色越深，真黑素越少，头发颜色越浅。头发颜色越深，头皮上的毛囊越多。黑色素水平可以随时间而变化，从而引起一个人头发颜色的改变,并且一个人的头上可能有不只一种颜色的毛囊。

      每个人的头发上都有一定的色素。真黑素有两种类型：黑色真黑素（black）和棕色真黑素（brown），决定黑色头发。低浓度的棕色真黑素导致金发,而更高浓度的棕色真黑素导致棕色头发。大量的黑色真黑素导致黑色头发,而低浓度导致白发。褐黑素则使头发呈橙色和红色。此外，特定的发色与族群有关，灰色或白色的头发与年龄有关。

        由上可见，金发的特征在于低水平的真黑素。颜色可以是非常苍白的金色（由斑点，稀少的色素分布引起）到微红的“草莓”金色或金棕色金色（后者与更多的黑色素有关）。

        褐黑素的化学稳定性比黑色真黑素稳定，但不如棕色真黑素稳定,所以当发生氧化时褐黑素的分解会更慢一些。这就是为什么在人工着色过程中，漂白剂使深色头发产生暗红色调的原因。随着褐黑素的继续分解,头发会逐渐变成红色,橙色,黄色,最后变成白色。

        自然金发最常发生在北欧地区，在世界上其他地方较为少见。通常认为金发的产生是高纬度地区人种适应气候的需要，由于当时北欧光照的季节性匮乏，使得维生素D的合成显得异常重要。浅色的皮肤有利于维生素D的合成，使得浅肤色的北欧人种在北欧地区成为优势人种，之后随着通婚和对环境的适应，金发基因逐渐扩散开来（有观点认为，在史前北欧寒冷气候条件下，金发碧眼的女性较之黑发黑眼的女性更容易获得男性青睐，留下后代的几率大为增加。这种观点也符合环境适应说）

        头发颜色的遗传方式尚未完全确定，至少有两对基因控制人类头发颜色的遗传。棕色/金色表型由显性的棕色等位基因和隐性的金发等位基因控制，带有棕色等位基因（B_）的人会有棕色头发，一个人没有棕色的等位基因将金发（bb）。这就解释了为什么两个棕色头发的父母可以产生一个金发孩子的原因。另一对等位基因控制非红色/红色，非红色的等位基因(抑制素生产)是显性的（R），红头发的等位基因是隐性的，一个带有两个副本红发等位基因（rr）的人将表现为红头发。

        以上二基因模型没有考虑棕色、金色、或红色的所有可能的渐变情况，也没有解释为什么有时候随着年龄的增长头发颜色会变深。头发颜色可能是由多对等位基因以累加效应控制颜色的淡/深的。事实上，一个多因子性状的表现是基因型与环境相互作用的结果。

        2014年Nature Genetics上发表了DavidM Kingsley实验室对金发分子基础研究的论文。酪氨酸激酶受体配体（KIT gland）参与形成一种与色素细胞生成有关的蛋白，功能测试表明，该区域含有在发育毛囊中驱动表达的增强子。该研究小组通过对编码该配体的KITLG基因的调节区域进行解析，发现该区域与北欧洲人普通金色发色显着相关。该基因调控区一个碱基从A到G的突变，就会产生金发后代。该增强子含有一常见的SNP（rs12821256），该SNP可以改变淋巴增强因子1抗体（lymphoid enhancer binding factor-1，LEF1）转录因子的结合位点，从而降低培养的人角质细胞中LEF1的应答性和增强子活性。携带人KITLG增强子突变的小鼠，在毛发色素沉着中表现出显著差异，证明基本生长因子的可变调控对于在北欧人中发现的经典金发表型是有贡献的。

    领导这项研究的斯坦福发育生物学教授 David Kingsley说，这一突变是帮助创造天然金色的生物机制。突变不影响人类基因组任何基因的蛋白质生产，它是通过微调皮肤发囊中的信号基因而创造出了金发。信号基因参与了血、卵子、精子和干细胞的形成，关闭或打开信号基因可能会产生破环性的影响，但微调一个区域的细胞活性则可能带来无害但显着的改变，比如金发。

主要参考文献：

GuentherCA, Tasic B, Luo L, Bedell MA, Kingsley DM. A molecular basis for classic blondhair color in Europeans. Nature Genetics,46:748-752, 2014

延伸阅读

《现代遗传学教程》

编者著：贺竹梅

出版社：高等教育出版社

出版年：2017年2月

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贺竹梅教授/主编

中山大学生命科学学院教授、博导

首届“谈家桢遗传教育奖”获得者

“宝钢优秀教师奖”获得者

“中山大学第七届校级教学名师奖”获得者

广东省遗传学会副理事长兼教学专业委员会主任

中国遗传学会科学道德与伦理专业委员会委员

中国毒理学会生物毒素毒理学专业委员会委员

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