有没有想过你最喜欢的毛茸茸的猫是如何得到条纹的？一项对家猫的新研究揭示了哪些基因赋予猫科动物独特的毛皮图案，并暗示相同的基因可能赋予野生猫科动物，如老虎和猎豹，它们特有的皮毛。
亚拉巴马州亨茨维尔 HudsonAlpha 生物技术研究所的遗传学家、资深作者 Gregory Barsh 博士在一封电子邮件中告诉 Live Science，猫如何获得条纹是生命科学领域一个长达数十年的谜。大约 70 年前，科学家们开始发展关于生物体为什么以及如何产生周期性模式的理论，比如斑马上的条纹或毛毛虫身体的鱿鱼节。
在一些动物中，如斑马鱼，这些模式是由于不同类型细胞的排列而出现的。“但在哺乳动物中，整个身体的皮肤和毛细胞完全相同，颜色模式的产生是因为深条纹下的细胞和浅色条纹下的细胞之间的遗传活动存在差异，”巴什说. 因此，猫如何获得条纹的问题归结为细胞中各种基因如何以及何时开启，以及这些基因如何影响动物的发育。简而言之，它很复杂。
但是现在，在周二（9 月 7 日）发表在《自然通讯》杂志上的一项新研究中，Barsh 和他的同事们确定了几个共同作用的基因，这些基因共同为猫提供了它们的外套图案。
他们之前在 2012 年发表在《科学》杂志上的一项研究中发现了一个名为跨膜氨肽酶 Q (Taqpep) 的基因。携带一个版本的 Taqpep 基因的猫最终会披上深色的窄条纹，而那些带有基因突变版本的猫则带有“大轮”的深色皮毛；该基因的“螺纹”版本在野猫中最为常见。
为了研究哪些额外的基因可能会塑造猫皮毛上的不同标记，该团队开始从为野猫进行绝育的诊所收集丢弃的组织；一些切除的猫子宫含有无法存活的胚胎，研究人员在实验室中对其进行了检查。
他们注意到，在大约 28 到 30 天大时，猫胚胎会形成“厚”和“薄”皮肤区域；在发育的后期阶段，厚厚和薄薄的皮肤会产生产生不同类型黑色素的毛囊——真黑素代表深色皮毛，褐黑色素代表浅色皮毛。
值得注意的是，“负责颜色模式的发育机制发生在发育早期，在毛囊形成之前和细胞内，这些细胞实际上不产生任何色素，而是有助于毛囊结构，”Barsh 说。发现这种模式后，研究小组检查了哪些基因在导致厚皮形成前处于活跃状态，以确定特定基因是否指导了这些模式的形成。
研究小组发现，在 20 天大的胚胎中，几个参与细胞生长和发育的基因突然在皮肤中开启，后来注定会变厚并产生产生黑色毛皮的毛囊。已知这些基因参与“Wnt 信号通路”，这是一种分子链反应，可驱动细胞生长并发育成特定的细胞类型，特别是一个名为 Dkk4 的基因特别活跃。
这组作者发现，Dkk4 编码一种能抑制 Wnt 信号的蛋白质，当谈到猫毛时，Dkk4 和 Wnt 之间的拉锯战似乎决定了一块皮毛最终是暗还是亮。在暗色块中，Dkk4 和 Wnt 相互平衡，但在亮色块中，Dkk4 击败了 Wnt。
据《科学》杂志报道，这一发现支持了计算先驱艾伦图灵在 1950 年代开发的理论。图灵提出，当“激活剂”分子促进“抑制剂”分子的产生并且这两种分子在同一组织中混合时，动物的周期性模式（如条纹）就会出现；在这种情况下，Wnt 将是激活剂，而 Dkk4 将是抑制剂。根据图灵的假设，Barsh 的团队认为 Dkk4 在组织中传播的速度比 Wnt 信号传播的速度更快，而且这种不均匀的分布会在猫身上产生周期性的明暗斑块。
更重要的是，猫的 Taqpep 基因型——意味着它是否携带基因的“条纹”或“螺纹”版本——也决定了 Dkk4 基因可以在哪里被激活，Barsh 说。“但我们并不确切知道这是怎么发生的，”他补充道。Taqpep 编码一种蛋白酶，一种分解其他蛋白质的酶，但目前，该团队不知道这种酶是直接还是间接影响 Dkk4 的活性。
作为胚胎分析的后续行动，该团队检查了来自名为 99 Lives 集合的数据库中的猫基因组序列。他们发现阿比西尼亚和新加坡品种没有条纹或斑点，而是具有统一的外观，它们携带了使基因失效的 Dkk4 突变版本。在未来的工作中，该团队想看看类似的突变是否会在野猫中出现。
作者指出，先前的研究表明，至少对于猎豹（Acinonyx jubatus），猫的 Taqpep 基因型会影响其斑点的外观，Dkk4 也可能如此。然后是薮猫（Felis serval），一种非洲野猫，通常身上有大胆的黑点，但偶尔会长出一层细小的、紧密堆积的斑点。Dkk4 突变能解释这种变异吗？
“我们迄今为止的观察仅针对家猫，”巴什说。“在家猫中研究的分子和机制很可能适用于所有 30 多种野猫，但我们需要对野猫DNA进行额外的研究才能确定这一点。”
除了野猫，该团队还想研究相同的机制是否也在远亲的哺乳动物中起作用，例如斑马和长颈鹿。
