突发奇想:用蛇的基因替换老鼠基因为哪般?

作者: 汤波

来源: Pixabay

发布日期: 2017-02-19

美国科学家用蛇的DNA替换小鼠的DNA,导致小鼠四肢变短,揭示了蛇类四肢退化的遗传机制。

2016年10月20日,美国《细胞》杂志刊登一篇有趣的故事,美国劳伦斯伯克利国家实验室的科学家在研究蛇的进化过程中,突发奇想地用蛇的一段DNA将小鼠的同源DNA进行替换,结果小鼠的四肢明显变短,似乎像蛇一样不长腿了。原来,蛇的祖先是有四肢的,在进化过程中由于这段DNA功能发生变化,导致四肢慢慢消失了。

全球现存蛇的种类多达3000多种,虽然与蜥蜴等同属爬行动物,但是却看不到四肢,主要靠腹部的鳞片“滑行”。2015年7月24日的美国《科学》杂志公布了一项惊人的考古新发现,英国朴茨茅斯大学的戴夫·马蒂尔博士在一家德国索伦霍芬博物馆里参观时,意外地发现一块在巴西出土、距今已有1.1亿年的白垩纪化石上,竟然有一条长有四条腿的蛇。

蛇起源于一种已灭绝蜥蜴的假说,之前已被多个只有两只后腿的蛇化石标本所证实,不过一直缺少四脚蛇化石的直接证据,因此马蒂尔博士等人的发现正好填补了这一空缺。考古学家们为大家描绘出一幅较为完整的蛇类进化图:大约1.1亿年前,掘穴蜥蜴进化成拥有四只脚的蛇,大约9500万年前,由于腿脚在蛇的爬行运动中失去用处,而且变得碍事,蛇的前腿逐渐退化,不久蛇的后腿也随之退化了,现存的某些大蟒蛇还保留有后腿的痕迹。

为了弄明白蛇的四肢退化原因,美国劳伦斯伯克利国家实验室阿卡索·维瑟尔教授领导的研究小组将目光聚焦在一个叫音猬基因的远距离增强子ZRS上。研究人员分析了6种蛇类的ZRS增强子序列,包括缅甸蟒蛇、红尾蚺、扁颈眼镜蛇、斑点响尾蛇、极北蝰和玉米蛇,分别代表蛇类进化过程中的不同形态阶段,其中前两种蛇还保留有后肢残迹,后四种蛇的四肢则完全退化。

维瑟尔教授研究小组利用CRISPR/Cas9这一最新的基因组编辑技术,将小鼠增强子ZRS序列替换成其它物种的同源序列,包括人和腔棘鱼的序列。显然,缺失17个碱基对序列的音猬基因增强子ZRS越来越像是蛇类四肢退化的“罪魁祸首”了。

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