科学家追踪到使猫呈现橙色的突变

研究人员表示，这一发现加深了我们对微妙基因变化如何催生新性状的理解。

众多哺乳动物都拥有橙色系毛色——如老虎、金毛寻回犬、红毛猩猩和红发人类——但唯有在家猫中，橙色毛色与性别相关，且更常见于雄性个体。

"在许多具有黄色或橙色色素的物种中，这些突变几乎都集中在两个特定基因上，且这两个基因均不与性别连锁，"遗传学高级科学家、本研究第一作者克里斯托弗·凯林博士解释道。该研究将于5月15日在线发表于《当代生物学》期刊。

遗传学与儿科学荣誉教授格雷格·巴什博士担任本研究的资深作者。

尽管科学家已确定导致皮肤色素细胞产生黄色或橙色色素（取代默认的棕/黑色）的典型突变，但对于猫体内相应突变的定位此前仅有粗略认知。

通过雄性橘猫占绝大多数这一现象，他们推断这种名为"性连锁橘色"的突变位于X染色体上。（与多数哺乳动物相同，雌性染色体为XX，雄性为XY。）任何携带性连锁橘色突变的雄性猫都会呈现全橘色，而雌性猫必须从两条X染色体同时继承该突变才会呈现全橘色——这种情况较为罕见。

仅携带单个性连锁橘色突变的雌性猫会呈现部分橘色——表现为俗称玳瑁色的斑驳花纹，或称为三花猫的黑白橙三色斑块。这是雌性特有的遗传现象（称为X染色体随机失活）所致：每个细胞中有一条X染色体被随机沉默，导致色素细胞形成嵌合体——部分细胞表达性连锁橘色基因，部分则不表达。

遗传学谜题

自20世纪之交以来，科学家就利用猫丰富的毛色与花纹多样性进行遗传学研究，然而这种特殊橙色突变的分子本质始终模糊不清。

"这是一个百余年前就被注意到的遗传学特例，"凯林表示，"正是这个比较遗传学谜题激发了我们对性连锁橘色的研究兴趣。"

基于前人已开始缩小X染色体突变区域范围的研究基础，凯林团队通过逐步筛查锁定了性连锁橘色突变。

"我们实现这一突破的关键在于近5到10年建立的猫基因组资源库，"他指出。这些资源包括多种猫科动物的完整测序基因组。研究人员还从绝育诊所收集了猫的DNA样本。

首先，他们在X染色体上筛选雄性橘猫共有的变异位点，找到51个候选位点。其中48个因在非橘猫中出现而被排除。剩余三个变异中，一个具有显著基因调控潜质：该小片段缺失增强了邻近基因Arhgap36的活性。

异常表达

"发现当时，Arhgap36基因与色素沉积毫无关联，"凯林解释道。

这个在哺乳动物中高度保守的基因，此前主要在癌症与发育生物学领域被研究。Arhgap36通常在神经内分泌组织表达，其过表达可能诱发肿瘤。但从未发现该基因在色素细胞中发挥作用。

然而，凯林团队在橘色猫中观察到例外。

"Arhgap36在小鼠、人类及非橘猫的色素细胞中均不表达，"凯林阐述，"橘猫的突变似乎在该基因本不该活跃的色素细胞中开启了表达。"

这种在色素细胞中的异常表达，抑制了控制毛色经典分子通路（该通路在其他橙色哺乳动物中同样存在）的中间环节。其他物种的典型橙色突变破坏该通路的早期步骤，而猫的性连锁橘色突变则干扰后期环节。

"毫无疑问，这是基因在特定细胞类型中异常表达的罕见机制，"凯林强调。

分子演化

解析家猫获得不同毛色花纹的机制，是理解猎豹斑点、海豚流线体型等体征演化的切入点。性连锁橘色突变从分子层面揭示了演化的创新路径。

"我们认为这是基因获得新功能以实现适应的范例，"曾研究犬类、猎豹、老虎、熊、斑马和仓鼠毛色花纹的凯林如是说。

对橘猫而言，这种"适应"可能源于人类偏好。几个世纪前，稀有的橘猫、三花猫或玳瑁猫可能引起人类关注，从而被选择性繁育。如今橘猫已广泛分布于全球。

"该突变出现于家猫驯化早期，"凯林推断，"12世纪的画作已清晰描绘三花猫，足见这个突变相当古老。"

仅限皮毛

除橘色被毛外，性连锁橘色基因是否赋予其他特质？"根据观察，我们推测其作用高度局限于色素细胞，"凯林表示。

为验证此点，研究人员检测了肾脏、心脏、大脑和肾上腺等非皮肤组织的Arhgap36表达，发现橘猫与非橘猫无差异。

"虽不能完全排除该基因在未检测组织中表达改变影响行为的可能性，"凯林坦言，"但橘猫'友好却混乱'的名声更可能源于其雄性占多数。"

"目前尚无针对橘猫性格的严谨科学研究，"他补充道。

布朗大学、弗雷德里克国家癌症研究实验室和奥本大学的研究人员共同参与了本研究。

研究获得美国国立卫生研究院（资助号R01AR067925）和哈德逊阿尔法生物技术研究所的资助。