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伊比利亞鼴鼠
如果說有什么動物最懂得“戰(zhàn)壕”戰(zhàn)，那非鼴鼠莫屬。面對敵人，沒有時(shí)間寒暄，沒有地方可藏，只有戰(zhàn)斗是最重要的。
鼴鼠是一種比較特殊的動物，它們在極端的棲息地中游蕩。作為在地球深處挖洞的哺乳動物，它們的前爪已經(jīng)進(jìn)化出一只額外的“手指”和異常強(qiáng)壯的肌肉。更重要的是，為了幫助雌性鼴鼠在這個(gè)殘酷的世界中戰(zhàn)斗，進(jìn)化還賦予了它們獨(dú)一無二的“超能力”——擁有睪丸組織。這樣一來，雌性鼴鼠在保持生育能力的同時(shí)還能產(chǎn)生雄性激素。因此，它們成了“雙性戰(zhàn)士”，在分類上是兩性間性（卵睪體）。
北京時(shí)間10月10日，發(fā)表在《Science》上的一篇新研究中，由馬克斯普朗克分子遺傳學(xué)研究所（MPIMG）領(lǐng)導(dǎo)的國際研究團(tuán)隊(duì)對這種令人著迷的生物學(xué)現(xiàn)象是如何發(fā)生的有了更好的理解。該研究揭示了基因修飾對這一獨(dú)特發(fā)育現(xiàn)象所做的貢獻(xiàn)。
該研究通訊作者、MPIMG的遺傳學(xué)家Stefan Mundlos說：“自達(dá)爾文以來，人們普遍認(rèn)為，生物體的不同外觀是遺傳結(jié)構(gòu)逐漸變化的結(jié)果，遺傳結(jié)構(gòu)不斷傳給后代，但是DNA變化及其在生物外觀中的具體表現(xiàn)是如何聯(lián)系在一起的，正是我們想了解的?！?/p>
就像一個(gè)典型的哺乳動物卵巢一樣，雌性鼴鼠的卵細(xì)胞釋放卵子進(jìn)行受精，但卵巢的一側(cè)恰好有一塊睪丸組織。
雖然它們的睪丸組織不能制造精子細(xì)胞，但它確實(shí)有一種被稱為Leydig細(xì)胞（睪丸間質(zhì)細(xì)胞）的細(xì)胞，可以大量生產(chǎn)雄性激素。
通常，哺乳動物睪丸組織的發(fā)育依賴于Y染色體上的一個(gè)基因，并在發(fā)育早期加速睪丸激素分泌。缺少Y染色體會使胚胎更難啟動產(chǎn)生睪丸的一系列事件。但是，雌性鼴鼠有兩條X染色體，而不是一條X和一條Y染色體，它是如何發(fā)育成“雌雄同體”這件事一直是個(gè)謎。
在這項(xiàng)新研究中，研究人員用了一種系統(tǒng)基因組學(xué)策略，首次對伊比利亞鼴鼠（Talpa occidentalis）的基因組進(jìn)行了完全測序。此外，他們還研究了細(xì)胞內(nèi)基因組的三維結(jié)構(gòu)。在細(xì)胞核中，基因及其相關(guān)的控制序列形成了調(diào)控域，由經(jīng)常參與相互作用的DNA片段區(qū)域組成。
Mundlos說：“我們假設(shè)在鼴鼠中，不僅基因本身發(fā)生了變化，尤其是屬于這些基因的調(diào)控區(qū)域也發(fā)生了變化?！?/p>
研究人員表示，在鼴鼠的進(jìn)化過程中，不僅DNA的單個(gè)字母發(fā)生了變化，而且基因組的較大部分也發(fā)生了變化。如果DNA片段從一個(gè)位置移動到另一個(gè)位置，就會出現(xiàn)全新的或重組的調(diào)控域，從而激活新的基因，增強(qiáng)或減弱它們的表達(dá)。
該研究共同通訊作者、MPIMG遺傳學(xué)家Darío Lupiánez說：“哺乳動物的性發(fā)育是復(fù)雜的，但我們對這一過程是如何發(fā)生的有了一定的認(rèn)識。在某種程度上，性發(fā)育通常是朝著非此即彼的方向發(fā)展的，即不是雄性就是雌性。我們想知道進(jìn)化是如何調(diào)節(jié)這一系列發(fā)育事件的，使我們在鼴鼠身上看到的雙性特征成為可能。”
事實(shí)上，當(dāng)將該基因組與其他動物和人類的基因組進(jìn)行比較時(shí)，研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)在一個(gè)已知與睪丸發(fā)育有關(guān)的區(qū)域中有一個(gè)倒置的基因組片段。它導(dǎo)致額外的DNA片段被包含在FGF9基因的調(diào)控域中，重組了對該基因的調(diào)控。
該研究的第一作者、MPIMG以及Charite醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)和人類遺傳學(xué)研究所的科學(xué)家Francisca Martinez Real博士解釋道：“這種變化除了與雌性的卵巢組織有關(guān)外，還與睪丸組織的發(fā)育有關(guān)?！?/p>
研究人員還發(fā)現(xiàn)了負(fù)責(zé)產(chǎn)生雄性激素基因組區(qū)域的三倍體，更具體地說是雄激素產(chǎn)生基因CYP17A1。
Real說：“三倍體增加了基因的調(diào)控序列，最終導(dǎo)致雌性鼴鼠的‘卵睪’中產(chǎn)生更多的睪丸激素。”
由于這種領(lǐng)地性很強(qiáng)的鼴鼠不能留在實(shí)驗(yàn)室里，這對研究團(tuán)隊(duì)的工作構(gòu)成了極大挑戰(zhàn)。
Lupianez說：“我們必須在野外對野生鼴鼠進(jìn)行所有的研究。”
于是，他們花了幾個(gè)月的時(shí)間在西班牙南部收集實(shí)驗(yàn)樣本。這樣一來因禍得福，使他們的研究結(jié)果不僅適用于實(shí)驗(yàn)動物，并將這一知識擴(kuò)展到了野生動物身上。
研究團(tuán)隊(duì)通過建立小鼠模型，模擬在鼴鼠中觀察到的基因組變化證明了這兩個(gè)基因組突變實(shí)際上是雌性鼴鼠特殊性別性狀的原因。在這些轉(zhuǎn)基因小鼠中，雌性小鼠的雄激素水平與正常雄性小鼠一樣高。它們也明顯比普通雌性小鼠更加強(qiáng)壯。
Lupiá?ez說：“我們的發(fā)現(xiàn)是一個(gè)很好的例子，說明了基因組的三維結(jié)構(gòu)對進(jìn)化的重要性。大自然利用現(xiàn)有的發(fā)育基因工具箱，僅僅重新排列了它們，就創(chuàng)造出一種像中間性這樣的特征。而且在這個(gè)過程中，其他器官系統(tǒng)和發(fā)育不受影響。”
Mundlos說：“從歷史上看，中間性這個(gè)詞引起了相當(dāng)大的爭議，無論過去還是現(xiàn)在都有這種趨勢，將兩性間性的表型描述為病理狀態(tài)。我們的研究強(qiáng)調(diào)了性發(fā)育的復(fù)雜性，以及這一過程如何導(dǎo)致廣泛的中間性表現(xiàn)，這些表現(xiàn)是自然變異的結(jié)果?！?/p>
就像對于雌性鼴鼠來說，雌雄同體的進(jìn)化才是生存的必勝法則。
這項(xiàng)研究強(qiáng)調(diào)了綜合方法如何揭示基因組變異的表型影響。
論文鏈接：
https://science.sciencemag.org/content/370/6513/208
