科学家追踪到导致橘猫呈现橘色的基因突变

研究人员表示，这一发现加深了我们对微妙基因变化如何产生新特征的理解。

许多哺乳动物都呈现橙色色调——比如老虎、金毛猎犬、红毛猩猩和红发人类——但只有家猫的橙色特征与性别相关，且更常见于雄性个体。

"在众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，且这两个基因都与性别无关，"遗传学高级科学家、本研究主要作者克里斯托弗·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》期刊。

遗传学与儿科学荣誉教授格雷格·巴什医学博士担任该研究的资深作者。

虽然科学家已确定诱导皮肤色素细胞产生黄色或橙色（而非默认的棕色或黑色）的典型突变，但对猫科动物中相应突变的位置仅有模糊认知。

从雄性橙猫占绝对优势的现象中，他们推测这种被称为"性联橙色"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性染色体，雄性为XY。）任何携带性联橙色突变的雄性猫都会呈现全橙色，而雌性猫需要两条X染色体都携带该突变才会呈现全橙色——这种情况更为罕见。

仅携带一个性联橙色突变的雌性猫会呈现部分橙色特征——表现为俗称玳瑁色的斑驳花纹，或形成由橙、黑、白三色组成的印花布图案。这是由雌性特有的X染色体随机失活现象导致，每个细胞中有一条X染色体被关闭，从而形成同时包含表达与不表达性联橙色的色素细胞嵌合体。

遗传学谜题

自20世纪初以来，科学家就利用猫科丰富的毛色与花纹进行遗传学研究，但橙色突变的分子本质始终成谜。

"这个遗传学例外现象早在一百多年前就被发现了，"凯林说，"正是这个比较遗传学谜题激发了我们对性联橙色的研究兴趣。"

基于前人关于X染色体突变区域的初步定位，凯林团队通过逐步筛查锁定了性联橙色突变。

"过去5到10年建立的猫基因组数据库使这项研究成为可能，"他解释道。这些资源包括多种猫科动物的完整基因组序列。研究人员还从绝育诊所收集了猫的DNA样本。

首先他们在X染色体上筛选雄性橙猫共有的变异，发现51个候选位点。其中48个因也存在于非橙猫体内被排除。剩余三个变异中，一个涉及基因调控的微小缺失尤为突出——该缺失会增强邻近基因Arhgap36的活性。

异常表达

"发现时Arhgap36基因与色素沉积尚无已知关联，"凯林指出。

这个在哺乳动物中高度保守的基因，此前主要被癌症与发育生物学领域研究。Arhgap36通常在神经内分泌组织表达，其过表达可能诱发肿瘤，但从未被发现与色素细胞有关。

直到凯林团队在橙黄色猫科动物中有了新发现。

"Arghap36在小鼠、人类及非橙猫的色素细胞中都不表达，"凯林解释道，"橙色猫的突变似乎激活了色素细胞中本不该表达的Arghap36。"

这种异常表达会抑制毛色调控经典分子通路的中间环节——与其他橙色哺乳动物相同通路的早期阶段被典型橙色突变破坏不同，猫的性联橙色作用于该通路的后期阶段。

"这无疑是种非常特殊的机制——特定细胞类型中的基因错误表达，"凯林评价道。

分子进化

对家猫毛色形成机制的研究，为理解猎豹斑点乃至海豚流线型身体等特征演化提供了切入点。性联橙色展现了分子尺度上进化发生的新范例。

"我们认为这是基因获得新功能以实现适应的典型案例，"曾研究犬类、猎豹、老虎、熊、斑马和仓鼠毛色的凯林表示。

对橙猫而言，这种"适应"可能只是迎合人类偏好。几个世纪前，稀有的橙色、印花布或玳瑁色猫可能因引人注目而被人工选育，如今橙猫已遍布全球。

"这个突变出现在家猫驯化早期，"凯林推测，"12世纪绘画中已清晰描绘印花布猫，说明该突变相当古老。"

仅限皮毛

除了橘色皮毛，性联橙色会影响橙猫其他特征吗？"根据观察，我们预计该突变仅特异性作用于色素细胞，"凯林说。

为验证这点，研究人员检测了肾脏、心脏、大脑和肾上腺等非皮肤组织中Arhgap36的表达量，发现橙猫与非橙猫无差异。

"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，"凯林承认，但他认为橙猫"友善的捣蛋鬼"形象更可能与它们多为雄性有关。

"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。

研究获得美国国立卫生研究院（资助号R01AR067925）和HudsonAlpha生物技术研究所的支持。