Science新文章：“變色老鼠”基因之變變變

日期：2013-03-18 10:00:35

在發表《科學》（Science）雜志上的一篇新論文中，研究人員證實一種控制鹿鼠（deer mice）毛色的基因發生了9次突變，研究結果對進化的作用機制做出了新的闡述。

對于生活在美國內布拉斯加沙丘上的鹿鼠而言，顏色可能完全就意味著生與死的差別。

當它們最初移居到這一地區時，黑色老鼠與淺色的沙土形成顯示出鮮明的反差，使得它們很容易成為捕食者的獵物。在接下來的8000年里，老鼠進化出了一個新的偽裝系統：更淺的毛色，其尾巴上的條紋和全身的色素水平均發生了改變，這使得它們能夠與新棲息地相融合。

現在哈佛大學的研究人員正用他們的例子來解答有關進化的一個基礎問題：這一過程是一大飛躍——單突變導致了生物體顯著的變化為特征？還是許多小改變隨時間累積的結果？

在這篇Science文章中，由生物體和進化生物學及分子和細胞生物學教授Hopi Hoekstra領導的一個研究小組，證實小鼠毛色的變化并非單次突變的結果，一個單基因至少總共發生了9次突變。

論文的第一作者、Hoekstra 實驗室前博士后人員、現任肯塔基大學助理教授的Catherine Linnen 說：“研究結果揭示了自然選擇累積效應，對許多小遺傳變化起作用，導致迅速及顯著改變的機制。這有助于我們從遺傳的角度看了解如此多生物與環境之間神秘的適應。通過對許多小改變，而非少數大改變起作用，自然選擇可以導致非常精細磨合的適應。”

然而令人驚訝地是，這樣的磨合發生在一個單基因中。

2009年Linnen、Hoekstra和同事們首先發現了這一稱作agouti的基因在偽裝中的作用，其導致了許多動物皮毛的色素改變。例如每種馴養的黑貓該基因都有一個DNA缺失。

令Hoekstra和研究團隊感到驚奇的并非是該基因與此有關，而是9種突變每一種都與動物皮毛一種獨特的改變相關，所有的新突變均導致了更具偽裝性的顏色，這些突變發生在一個相對較短，8000年的時間范圍內。

“基本上，這些突變似乎是隨時間累積的。每一種都使得老鼠顏色更淺，更具偽裝性，”Hoekstra說。

針對這些突變，研究人員隨后檢測了老鼠自然種群的DNA，以確定這些突變是否確實是有利的。

Hoekstra 說：“對于每種突變都與顏色改變相關，我們還發現了一個與正選擇一致的信號。這意味著，色素沉著的每次特異性改變都是有益的。這與我們正在講述的故事相一致：這些突變正在微調這一性狀。”

Hoekstra說，這些研究結果不僅提供了自然選擇運作方式的寶貴認識，還凸顯了追蹤研究問題到最終的重要性。

她說：“進化是由大的跳躍還是小步驟支配一直以來是一個問題。當我們第一次涉及agouti基因時，我們本可以停在那里，得出結論：進化采取了大步驟，因為只有一個主要基因與之有關，但這將是錯誤的。當我們更密切地檢測這一基因，我們發現事實上，即使是在這個單位點內，也有許多小步驟。

展望未來，Hoekstra和她的研究小組希望了解突變發生的順序，這將允許她們重建老鼠隨時間發生的改變。