鳞片还是羽毛 这一切都归结为几个基因

鳞片、刺、羽毛和毛发是脊椎动物皮肤附属物的例子，它们构成了一组非常多样化的微器官。尽管它们自然多种形式，但这些附属物在胚胎阶段共享早期发育过程。日内瓦大学(UNIGE)的两名研究人员发现了如何通过特异性修改某些基因的表达，将通常覆盖鸡脚的鳞片永久地转化为羽毛。

这些结果发表在《科学进展》杂志上，为研究使物种之间形式发生根本进化转变的机制开辟了新的视角。

陆生脊椎动物的皮肤上装饰着各种角质化的附属物，如毛发、羽毛和鳞片。尽管物种内部和物种之间的形式多种多样，但皮肤附属物的胚胎发育通常以非常相似的方式开始。事实上，所有这些结构都是从在皮肤表面产生局部增厚并表达特定基因的细胞发展而来的。

其中一个基因称为索尼克刺猬(Shh)，它控制着信号通路——一种允许在细胞内和细胞之间传递信息的通信系统。Shh 信号传导参与多种结构的发育，包括神经管、肢芽和皮肤附属物。

共同的祖先

UNIGE理学院遗传学与进化系教授Michel Milinkovitch的实验室对产生脊椎动物皮肤附属物多样性的物理和生物过程感兴趣。特别是，他的团队之前已经证明头发，羽毛和鳞片是从爬行动物共同祖先继承的同源结构。

鸡胚的羽毛被科学家用作了解皮肤附属物发育的模型系统。虽然已知某些品种的鸡，如“梵天”和“黑貂”品种，表现出羽毛腿和背脚表面，但这种特征的遗传决定论尚不完全清楚。

永久更改的瞬时修改

由于负责这种转变的信号通路尚未完全确定，Michel Milinkovitch的小组研究了Shh通路的潜在作用。“我们使用了经典的'鸡蛋烛光'技术，其中强大的火炬照亮蛋壳内部的血管。这使我们能够用一种专门激活Shh途径的分子精确地治疗鸡胚胎，直接注射到血液中，“Michel Milinkovitch实验室的博士后研究员，该研究的合著者Rory Cooper解释说。

两位科学家观察到，这种单一阶段特异性处理足以触发在通常被鳞片覆盖的区域形成丰富的幼年羽绒型羽毛。值得注意的是，这些实验诱导的羽毛与覆盖身体其他部位的羽毛相当，因为它们是再生的，随后被成年羽毛自主取代。

在与注射“对照”溶液(不含活性分子)的胚胎进行比较后，RNA测序分析表明，注射分子后，Shh途径立即和持续激活。这证实了Shh途径的激活是鳞片转化为羽毛的基础。

“我们的研究结果表明，从鳞片到羽毛的进化飞跃不需要基因组组成或表达的大幅变化。相反，一个基因Shh表达的瞬时变化可以产生一连串的发育事件，导致羽毛而不是鳞片的形成，“Michel Milinkovitch说。这项研究最初侧重于研究鳞片和羽毛的发育，因此对于理解产生自然界中观察到的动物形态的巨大多样性的进化机制具有重要意义。

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