使用現(xiàn)代基因組學(xué)將鱷魚鱗片變成鳥狀羽毛
乍一看,大多數(shù)人都不會(huì)認(rèn)為短吻鱷或鳥類是進(jìn)化的堂兄弟。但實(shí)際上,爬行動(dòng)物是最親近的鳥類親屬,而且都是來自兩千萬年前曾統(tǒng)治地球的“統(tǒng)治爬行動(dòng)物”的龍族。Archosaurs引起了恐龍的時(shí)代,并最終將鳥類和爬行動(dòng)物作為它們唯一的活著后代。
最近,發(fā)現(xiàn)了許多具有全部或部分羽狀物的過渡性恐龍化石??茖W(xué)家們推測(cè),羽毛恐龍的這些原始“原始羽毛”可能已經(jīng)進(jìn)化為幫助吸熱,吸引配偶,使它們有能力更好地超越掠食者,并最終滑翔和飛翔。
但究竟外皮和下層組織如何指定羽毛與鱗片 - 最終是飛行的演變 - 仍然是一個(gè)謎。然而,這種豐富的進(jìn)化遺產(chǎn)應(yīng)該仍然嵌入所有活鳥和爬行動(dòng)物DNA中。
對(duì)于像再生醫(yī)學(xué)醫(yī)師,南加州大學(xué)凱克醫(yī)學(xué)院病理學(xué)教授鄭成明博士這樣的科學(xué)家而言,該領(lǐng)域現(xiàn)在已經(jīng)成熟,可以利用現(xiàn)代基因組學(xué)的進(jìn)步,可以研究出負(fù)責(zé)的分子線索。羽毛和飛行的演變。
在分子生物學(xué)與進(jìn)化的先進(jìn)在線版本中發(fā)表的一項(xiàng)新研究中,Chuong領(lǐng)導(dǎo)了一個(gè)國際團(tuán)隊(duì),以確定涉及規(guī)模和羽毛發(fā)育的大量新基因。
“我們現(xiàn)在對(duì)這些假設(shè)的缺失環(huán)節(jié)有一個(gè)潛在的分子解釋,”Chuong說。
他們還展示了通過在規(guī)模增長和發(fā)展的關(guān)鍵階段打開和關(guān)閉關(guān)鍵分子電路,將鱗片變成羽毛的能力。
“這些結(jié)果表明,不同的擾動(dòng)會(huì)導(dǎo)致不同程度的羽毛轉(zhuǎn)換,這意味著鱗片具有在適當(dāng)?shù)姆肿有盘?hào)下形成羽毛的能力,”Chuong說。
對(duì)于該研究,該團(tuán)隊(duì)對(duì)發(fā)育中的雛雞和短吻鱷進(jìn)行了完整的RNA轉(zhuǎn)錄組和DNA基因組分析,以確定其基因表達(dá)差異以及規(guī)?;蛴鹈纬傻年P(guān)鍵基因。
接下來,他們將這些獨(dú)特的雞毛基因放置在鱷魚卵中,在它們生長的皮膚下小心地打開或關(guān)閉它們,以重新喚醒可以將鱗片變成羽毛的古老程序。
“我們的分析導(dǎo)致了對(duì)現(xiàn)代羽毛形成必不可少的五個(gè)形態(tài)調(diào)節(jié)模塊的識(shí)別,”Chuong說。“我們建議這些模塊最初可以演變?yōu)椴煌牟呗?,以便更好地適應(yīng)。最終,五個(gè)形態(tài)調(diào)節(jié)模塊的綜合組合實(shí)現(xiàn)了今天非常成功的羽毛架構(gòu),允許Ave類聲稱大部分開放天空作為其生態(tài)位“。
這些關(guān)鍵環(huán)路導(dǎo)致附屬物的出芽和伸長,具有干細(xì)胞和真皮乳頭的卵泡允許循環(huán)再生,具有不同分枝形式的倒鉤脊形成和特定的羽毛角蛋白分化。
一些分子只能誘導(dǎo)五個(gè)標(biāo)準(zhǔn)中的一個(gè),例如,Sox2基因可以打開羽毛出芽并完全抑制鱗片形成,而Grem1可以誘導(dǎo)倒鉤狀分枝。
“其他分子,如維甲酸或Sox18,具有更強(qiáng)的誘導(dǎo)sc鱗片形成羽毛狀皮膚附屬物的能力,”Chuong說。“這些類似羽毛的附屬物顯示了定義羽毛的所有五個(gè)標(biāo)準(zhǔn),表明它們?cè)谶@種進(jìn)化途徑中處于更高層次的水平。”
這些主要調(diào)節(jié)器可能是最早在古代拱形進(jìn)化過程中適應(yīng)的基因,并獲得了制造當(dāng)今復(fù)雜羽毛的新發(fā)現(xiàn)能力。
“有趣的是,這些表型中的一些類似于羽毛恐龍化石中發(fā)現(xiàn)的不尋常的絲狀附屬物。”
受到“飛龍”的啟發(fā),吳平想要挑戰(zhàn)鱷魚皮以形成羽毛。通過強(qiáng)制表達(dá)sprouty和beta-catenin,他們發(fā)現(xiàn)有助于將雞鱗轉(zhuǎn)化為羽毛的基因,它們能夠在鱷魚胚胎皮膚中形成細(xì)長的鱗片。
該研究顯著增加了已知在鳥類中誘導(dǎo)羽狀結(jié)構(gòu)的基因和分子的增長列表,并在鱷魚中建立了一個(gè)強(qiáng)大的新系統(tǒng),以測(cè)試和進(jìn)一步探索飛行的演變。
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