科学家追踪到让猫拥有橙色被毛的突变基因

研究人员表示，这一发现增进了我们对微妙遗传变化如何催生新性状的理解。

许多哺乳动物都呈现橙色色调——例如老虎、金毛寻回犬、红毛猩猩和红发人类——但仅在家猫中，橙色毛色与性别相关，且雄性出现频率显著更高。

"在众多具有黄色或橙色色素的物种中，相关突变几乎只发生在两个基因中的某一个，且这两个基因均非性连锁基因，"该研究的首席作者、遗传学高级科学家克里斯托弗·凯林博士表示。该研究将于5月15日在线发表于《当代生物学》(Current Biology)。

遗传学与儿科学荣誉退休教授格雷格·巴什博士是该研究的资深作者。

虽然科学家们已确定诱发皮肤色素细胞产生黄色或橙色色素（而非默认的棕色或黑色）的典型突变，但他们对于猫体内相应突变的定位仅具粗略认知。

根据雄性橙猫占主导的现象，他们推断这种被称为"性连锁橙色"的突变位于X染色体某处。（与大多数哺乳动物相同，雌性为XX染色体，雄性为XY染色体。）任何携带性连锁橙色的雄性猫将呈现全橙色，但雌性猫需在两条X染色体上都继承该突变才能呈全橙色——此种情况较为罕见。

仅携带单拷贝性连锁橙色的雌猫表现为部分橙色——呈现被称为玳瑁色的斑驳图案，或形成被称为三花猫的黑白橙斑块。此现象源于雌性特有的"随机X染色体失活"遗传机制：每个细胞中有一条X染色体被关闭，导致色素细胞形成镶嵌表达——部分表达性连锁橙色，其余则不表达。

遗传学谜题

自20世纪初以来，科学家便利用猫科动物丰富的毛色与图案多样性研究遗传学，但这种特殊橙色突变的分子本质始终模糊不清。

"这是百余年前就被注意到的遗传学特例，"凯林说，"正是这个比较遗传学谜题激发了我们对性连锁橙色的研究兴趣。"

基于前人研究已开始缩小X染色体上突变所在区域，凯林团队通过逐步分析锁定了性连锁橙色突变。

"我们实现此目标的能力得益于近5到10年才建立的猫基因组资源库，"他解释道。该资源包含多种猫的完整测序基因组。研究人员还从绝育诊所收集了猫的DNA样本。

首先，他们在X染色体上筛查雄性橙猫共有的变异，发现51个候选位点。其中48个因在某些非橙猫中也存在而被排除。剩余三个变异中，一个因可能参与基因调控而脱颖而出：这是个微小缺失，它增强了附近基因Arhgap36的活性。

异常表达

"发现该基因时，Arhgap36与色素沉积毫无关联，"凯林指出。

这个在哺乳动物物种中高度保守的基因，此前仅在癌症和发育生物学领域被研究。Arhgap36通常在神经内分泌组织表达，其过度表达可引发肿瘤，但从未被发现于色素细胞中发挥作用。

然而，凯林团队在橙黄色猫中观察到例外。

"在小鼠、人类或非橙猫的色素细胞中均未检测到Arhgap36表达，"凯林阐述道，"橙色猫的突变似乎能在通常不表达该基因的色素细胞类型中激活Arhgap36。"

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的中间步骤——该通路同样存在于其他橙色哺乳动物。在其他物种中，典型橙色突变破坏该通路的早期环节；而在猫体内，性连锁橙色则干扰了通路后期环节。

"这无疑是种非常规机制——特定细胞类型中发生基因的异位表达，"凯林评论道。

分子演化

探索家猫获得不同毛色花纹的过程，为理解猎豹斑点乃至海豚流线型躯体等物理性状的演化提供了切入点。性连锁橙色展现了分子尺度上进化发生的新颖案例。

"我们认为这体现了基因如何通过获得新功能实现适应性进化，"凯林表示（他此前还研究过犬、猎豹、虎、熊、斑马和仓鼠的毛色花纹）。

对橙色猫而言，"适应"可能仅源于人类偏好。几个世纪前，稀有的橙色、三花或玳瑁猫可能引起人类关注，从而促进其繁衍。如今橙色猫已广泛分布于全球。

"这是家猫进化史上出现的突变，很可能发生于驯化早期，"凯林推测，"我们依据是：12世纪的绘画中已出现清晰的三花猫图像。因此该突变相当古老。"

仅限皮毛

除橙黄毛色外，性连锁橙色是否关联其他特质？"基于我们观察，预期该突变对色素细胞具有高度特异性，"凯林回答。

为验证此点，研究者检测了肾脏、心脏、大脑和肾上腺等非皮肤组织中Arhgap36的表达水平，发现橙猫与非橙猫无差异。

"无法排除该基因在未经检测的组织中存在表达改变并影响行为的可能性，"凯林承认。但他认为橙猫"友善的混乱制造者"声誉更可能源于其多为雄性。

"目前关于橙猫性格的科学研究很少，"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参与了本研究。

研究资金来自美国国立卫生研究院（基金号R01AR067925）和哈德逊阿尔法生物技术研究所。