(资料图片仅供参考)

陆生脊椎动物的皮肤上有不同的角质化附属物，如毛发、羽毛和鳞片。尽管物种内和物种间的形式多样，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，所有这些结构都是由在皮肤表面产生局部增厚并表达特定基因的细胞发育而成。

日内瓦大学的研究人员通过临时修改Sonic hedgehog（Shh）基因的表达将鸡的鳞片变成了羽毛，揭示了重大的进化转变可以在基因组没有重大变化的情况下发生。这项研究揭示了造成动物形态广泛多样性的机制。

这些基因之一控制着一个信号通路--一个允许在细胞内和细胞间传递信息的通信系统。Shh信号传导参与了不同结构的发育，包括神经管、肢芽和皮肤附属物。

日内瓦大学理学院遗传学和进化系教授米歇尔-米林科维奇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，他的研究小组之前已经证明，毛发、羽毛和鳞片是由爬行动物的共同祖先继承下来的同源结构。

一个基因（Shh）表达的短暂变化可以产生一连串的发育事件，导致形成羽毛而不是鳞片。

鸡胚胎的羽毛被科学家用作了解皮肤附属器官发育的模型系统。虽然已知某些品种的鸡，如"Brahma"和"Sablepoot"品种表现出腿部和脚背有羽毛，但这种特性的遗传决定性并不完全了解。

由于负责这种转变的信号通路尚未完全确定，米歇尔-米林科维奇的小组调查了Shh通路的潜在作用。"我们使用了经典的"蛋烛"技术，在这种技术中，一个强大的电筒照亮了蛋壳内部的血管。这使我们能够用一种专门激活Shh途径的分子精确地处理鸡胚，直接注入血液中，"米歇尔-米林科维奇实验室的博士后研究员、该研究的共同作者Rory Cooper解释说。

两位科学家观察到，这种单一阶段的特定处理足以触发大量幼年羽绒型羽毛的形成，而这些区域通常会被鳞片覆盖。值得注意的是，这些通过实验诱导的羽毛与覆盖身体其他部位的羽毛相当，因为它们是可以再生的，随后会被成年羽毛自主取代。

在与注射了"对照"溶液（没有活性分子）的胚胎进行比较后，RNA测序分析显示，注射分子后，Shh途径被立即和持续地激活。这证实了Shh途径的激活是鳞片转化为羽毛的基础。

""我们的结果表明，进化的飞跃--从鳞片到羽毛--不需要基因组组成或表达上的巨大变化。"米歇尔-米林科维奇说："相反，一个基因（Shh）的表达的短暂变化可以产生一连串的发育事件，从而形成羽毛而不是鳞片。因此，这项最初专注于研究鳞片和羽毛的发展的研究，对于理解产生自然界中观察到的动物形式的巨大多样性的进化机制具有重要意义。"

标签：