鸽子基因组的研究与分析(图)

国际科学家团队对鸽子基因组的研究与分析

一种名为Jocobin的观赏鸽

　　1855年，达尔文开始以养鸽为乐。他在自己乡间别墅的花园里建了一座鸽舍，并在其中饲养他从伦敦的养鸽人手里买来的鸟。他选择了特征最为明显的亲鸟进行繁殖，包括凸胸鸽（pouters）、传信鸽（carriers）、扇尾鸽（fantails）、短脸翻头鸽（short-faced tumblers）等等。养鸽经验为他几年后编写著名的《物种起源》提供了大量信息，达尔文在书中写道：“它们的品种具有惊人的多样性。”

　　达尔文认为，家鸽的繁殖与野外自然的情况具有相似性。自然扮演了养鸽人的角色，选择哪些个体可以继续繁殖。自然选择要比人工繁育进展得缓慢，但自然界有更长的时间来制造我们周围的缤纷生命。

　　然而对于后世的生物学家来说，他们对于鸽子的兴趣，也就比对纽约人稍微多了那么一点。生物学研究的焦点转向了其他物种，例如果蝇和大肠杆菌。

　　现在，犹他州大学的生物学家迈克尔.夏皮罗（Michael D. Shapiro）又把鸽子放回了聚光灯下。

　　网络发布的《科学》杂志的文章中提到，由夏皮罗博士带领的一个国际科学家团队，对鸽子的基因组进行了深入研究，这一信息是达尔文时代没有的。迄今为止，他们已经对40个品种进行了DNA测序，试图找出造成鸽子外形多样化的突变基因。

　　科学家们追随着达尔文的脚步，试图通过鸟类来寻找一般演化过程的线索。他们尤其关注可以产生新的解剖学特征的基因突变。

　　夏皮罗博士说：“从鸽子入手是研究这些问题的理想途径。”

　　最新的研究结果对达尔文最初的结论提供了支持，认为所有的鸽子起源于原鸽（rock pigeon），其范围从欧洲延伸到北非，向东直至亚洲。

　　“这是科学研究的一个辉煌节点，研究的类型有望迎来基因组的时代”，美国加州圣克鲁斯的演化分子生物学家贝茨.夏皮罗（Beth Shapiro）说到（注：此人与前文中提到的迈克尔.夏皮罗并无关系）。

　　考古学家推测原鸽曾聚集在中东新月沃地的早期农场，以掉落的谷物为食。之后，农民就驯养了这些鸽子，将它们作为食物。再后来，人类选育出了能传递信件的品种。公元前18世纪，希腊人用鸽子在城邦间传递奥林匹克运动会的结果。公元12世纪，成吉思汗建立了跨越帝国的信鸽通信网络。最终，人类开始只为了乐趣而繁育鸽子。16世纪莫卧儿王朝的阿克巴大帝，出行时总会带着自己的一万只鸽子。他饲养的鸽子要么可以上下翻飞，要么外观奢华美丽。

　　夏皮罗和他的同事们已经可以制定出这些品种的谱系。举例来说，他们发现阿克巴大帝最喜欢的一种扇尾鸽，和伊朗的一个品种亲缘极近。推测这种亲缘关系的出现，是莫卧儿帝国和波斯沿丝绸之路商业贸易的结果。

　　这些品种中的一些鸽子逃脱了自己的主人并与野生原鸽交配。为此，夏皮罗和他的同事们为了寻找一只血统纯正的原鸽，颇费了一番力气。在寻找野鸟时，他们在苏格兰北部海岸的一些偏僻岛屿取到了野鸽的DNA样本。他表示，“如果有真正的野鸽的话，这些地方将是寻找它们的理想位置。”

　　结果显示苏格兰鸽（Scottish pigeons）与摩德纳鸽（Modena pigeons）有非常相近的关系。摩德纳鸽是一个古老的意大利品种，或许和苏格兰的野鸽祖先杂交过。也有可能摩德纳鸽是从野生祖先直接驯化来的。“我们现在还没法分辨哪种可能是对的”，夏皮罗博士说。

　　欧洲殖民者把他们驯养的鸽子带到了新大陆，在那里，它们又一次作为食物、信息传递媒介和消遣对象而被饲养。托马斯.杰弗逊（Thomas Jefferson）为蒙蒂塞洛（Monticello）设计了一间由柱子构成的大型鸽舍。美国的一些已驯化的鸽子逃出了笼子，再次成为生长在美国城市里的新一代野鸽。

　　“欧洲和北美的野鸽看起来很不一样”，夏皮罗说。

　　和达尔文一样，夏皮罗是养鸽界的后来者。从2001年到2006年，夏皮罗在斯坦福大学做博士后，主要课题是加拿大湖泊里的棘背鱼（stickleback fish），如何在区区几千年时间里演化出明显不同的形状的。然而，在争取犹他州大学的职位时，他用充满诗意的语言讲述的这些鱼是怎样失去它们的尖刺的故事，却并没有打动他的东家。

　　“他说：‘你认为棘背鱼分化了？’然后他把800页的鸽子繁育百科砸在我面前说：‘你看看这个。’”夏皮罗回忆到，“我开始翻看这本书，之前我只是从达尔文那里知道了一点关于鸽子的知识，但这也太疯狂了。”

　　正因为这本书，夏皮罗在获得犹他州大学的职位之后，就把自己实验室的研究分成了鱼和鸽子两部分。他决意发现达尔文所不能发现的：从基因角度分析鸟类的演化。

　　当夏皮罗把他的项目计划介绍给在犹他州展会（Utah State Fair）上遇到的养鸽人后，后者欣然同意让科研人员从他们的鸽子身上抽取血液以采集DNA样本。而在之前不久，夏皮罗也像达尔文一样，在大学里饲养过自己的鸽子，并进行了品种间的杂交。

　　他和同事们完成了鸽子的基因图谱之后，他们就可以进一步研究它们是怎样演化出这么多不同的形态了。为此，夏皮罗首先选择研究了鸽子的一个特别奢美的外观特征：头部羽冠。

　　“羽冠（crest）的种类有很多”，他说，“有些羽冠只是一个很小的突起，有些看起来像是倒扣的贝壳，有些有鬃毛，有些则是满头都覆有羽毛。”

　　研究团队发现，和各种有冠品种亲缘最近的是无冠的。换句话说，养鸽人在五种相互独立的情况下分别培育出了羽冠。科学家们比较了有冠鸽之间的基因，和它们与别的鸽子、鸡、火鸡以及其他物种的基因，他们发现所有的有冠物种都在基因EphB2上发生了相同的突变。

　　鸟的胚胎发育时会在皮肤上形成基板（placodes），其后，这种微小的盘状组织会长成羽毛。科学家们发现在普通的无冠鸽中，EphB2在基板的底部边缘被激活，而在有冠鸽中激活部位则是基板的上缘。

　　实验表明是EphB2决定了基板的哪一边是向上的。大部分的鸽子中，它引导了羽毛沿着脖颈向下生长，但是突变改变了EphB2的激活位置，扭转了羽毛的方向并生成了羽冠。

　　“它们的生长方向错了，在胚胎里还没长成羽毛之前，它们就指向了错的方向。” 夏皮罗说。

　　最新研究表明EphB2对羽冠的演化影响很奇特，它只是突变了一次，而不是分别的五次。羽毛的逆向生长需要两个拷贝的突变基因。突变发生之后，以隐性遗传的方式从一代遗传到下一代。只有当两个携带突变基因的鸽子交配后才可能产生有冠的雏鸟。

　　康奈尔大学的遗传学家亚当.博伊科（Adam Boyko）在其对狗的研究中，也发现了类似的结果。举例来说，某一处单基因突变造成了一些狗的短腿性状。和羽冠羽毛的突变类似，基因突变的影响以同样的方式，出现在短腿的品种上。

　　夏皮罗和他的研究团队正在对不同品种的鸽子的其他性状进行分析，试图验证这一规律的普遍性。他表示，“案例越多，我们越能更好地了解演化过程中变化的总体趋势。”

译自：New York Times:Pigeons Get a New Look