佛罗里达大学的科学家已经确定了蛇中没有爪子的遗传原因

1.5亿年前的现代蛇的祖先动起来，积极地使用四肢。几千万年后，蛇的四肢消失了。到目前为止，这种损失的原因还不清楚，尽管科学家们试图找到“蛇的爪子在哪里消失了”这一问题的答案。好多年了在上个世纪90年代，来自佛罗里达大学的一组科学家决定解决这个问题。

10月21日，科学家发表了他们的工作结果。事实证明，爪子丢失是与特定增强子基因（增强另一个基因的表型表现的修饰基因）变化相关的突变。就蛇而言，一个基因发生了变化，该变化控制着负责肢体形成的其他基因的活性。

一位研究参与者说：“知道基因组中的某些变化会影响四肢的灭绝是非常有趣的。”

这项发现是由分子遗传学和微生物学教授Martin Cohn和研究生Francisca Leal共同完成的。科学家研究了正在发育的蟒蛇胚胎中基因的工作，还比较了蛇和蜥蜴的基因组。有趣的是，眼镜蛇和蛇蝎根本没有四肢，而蟒蛇和蟒蛇则残留有爪子。


这些结果就是python的爪子所剩下的全部。

早在1999年，科恩（Cohn）和同事就意识到许多蛇基因的作用与其他爬行动物有所不同。使用与爬行动物DNA结合的特定方法导致了蛇胚胎的末端生长。不幸的是，在17年前，科学家没有像现在那样有机会研究生物的DNA。尽管如此，在2003年，科学家们才能够理解，其中一个DNA位点的活性在蜥蜴肢体的形成中起着重要作用。蛇也有这个区域。专家们继续研究该DNA站点的工作特征，并随着时间的流逝收到了有关其工作特征的大量数据。


事实证明，导致蛇失去爪子的扩增子基因突变不是一种-一次有三只。这些突变的影响是累积性的；它们去除了扩增基因中称为Sonic刺猬（超音速刺猬）的部分。该位点称为转录因子结合位点。放大器负责打开Sonic刺猬，后者又负责肢体的形成。这三种突变的累积作用导致以下事实：此部分要么根本不打开（对于眼镜蛇和毒蛇），要么在很短的时间内打开，然后永久关闭。

事实证明，蟒蛇和蟒蛇的基因组具有形成爪子的整套指令。但是，由于在胚胎发育过程中负责肢体发育的基因组部分几乎不起作用，因此蟒蛇和蟒蛇只形成爪子残基。

其他蟒蛇和蟒蛇增强子基因仍保留在DNA中，包括那些负责激活Hoxd13基因的基因，通过该基因发生肢体发育。在发育的早期阶段，蟒蛇胚胎具有爪整个骨骼的细胞来源，包括手指骨头。到这时，所有这些都从年轻的蟒蛇中退出卵子的时候，只剩下了股骨的小痕迹，仅此而已。

“我们的研究结果表明，在蟒蛇中四肢的形成远比我们到目前为止所想的要深得多。为了使胚胎具有爪子，python基因组具有您需要的一切。但是骨架的形成过程还没有结束，” 科恩说。

由加利福尼亚州伯克利劳伦斯国家实验室的Axel Wiesel领导的第二批科学家团队决定检查如果将上述小鼠基因增强子替换为类似的蛇基因会发生什么情况。为此，使用了称为CRISPR-cas9的基因组编辑技术。为了验证蛇增强基因的作用，将鱼和人类扩增子移植到小鼠中。

事实证明，在最后两种情况下，小鼠的四肢形成非常正常。但是当使用蛇增强子基因代替正常肢体时，只有结节在小鼠的胚胎中形成。科学家将缺失的DNA片段插入放大器后，小鼠的四肢开始正常形成。

20年前，古生物学家发现了四肢蛇的祖先化石。一些学者认为蛇掉腿的发生比以前想象的要晚。同时，其他专家说，蛇的祖先的某些物种（死胡同）只是在进化后才得到了它们的爪子。现代科学家的研究结果表明，第二批科学家可能是正确的。

专家说，就其判断而言，进化机制不仅强大而且灵活。它使某些生物一旦失去了器官和机体功能，便可以重新发育。

Source: https://habr.com/ru/post/zh-CN398555/