研究揭示蛇四肢變沒的基因秘密

蛇在1億年前失去了四肢，但科學家一直未弄清相關的遺傳學變化。近日，發表在《細胞》的一項研究，對這一過程進行了闡述，描述了與蛇四肢形成相關的一段DNA片段，該DNA在蛇當中發生了突變。當研究人員把蛇的這段DNA插入到小鼠體內時，小鼠也發育出了「縮水」的四肢。這表明在蛇的進化過程中，一段關鍵DNA片段，失去了支持肢體生長能力。

為了研究這種進化的分子根源，美國勞倫斯·伯克利國家實驗室遺傳學家Axel Visel和同事著手研究已發布的蛇基因組，包括基礎的蛇，如蟒蛇和巨蟒，它們有殘腿——小腿骨埋在肌肉中；以及高級的蛇，如毒蛇和眼鏡蛇，它們已經失去了所有的肢體結構。在這些基因組中，他們關注了一個叫音蝟因子（Shh）的基因。該基因參與多種發育過程——包括肢體的形成。研究人員深入分析了Shh基因的一個調控因子（極性決定活性區調控序列ZRS），該基因存在於蛇當中但發生了變異。

為了確定這些基因突變的後果，研究人員利用基因組編輯方法CRISPR，將來自其他各種脊椎動物的ZRS插入小鼠體內，替代小鼠的調節因子。當插入其他哺乳動物的ZRS時，小鼠四肢發育正常。甚至當他們插入來自魚的ZRS時，小鼠也發育出了正常四肢。然而，當研究人員用蟒蛇或眼鏡蛇的ZRS時，小鼠發育出了嚴重截斷的前肢和後肢。

研究人員仔細觀察了單個序列變化的進化史。通過比較蛇和其他脊椎動物的基因組，他們發現了一個特別可疑的17鹼基對的缺失，它只發生在蛇當中。這段缺失刪除了一段ZRS，其對於調節有腳動物的Shh基因發揮關鍵作用。（張章）

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