科学家破解了达尔文的家鸽短喙之谜

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据外媒报道,查尔斯·达尔文对家鸽异常着迷。他以为鸽子的嘴里有选择的隐秘。脱节了自然选择的约束,350多个品种的家鸽在一个单独的物种(Columba livia)中拥有种种形状和巨细的喙。其中最引人注目的是喙太短,而这有时会故障怙恃喂养它们的孩子。

几个世纪的杂交使得早期的鸽友们熟悉到,鸽子的喙长很可能只受几个可遗传因素的制约。然而现代遗传学家未能通过确定控制短喙的分子机制来解决达尔文之谜--一直到现在。

在一项新的研究中,犹他大学的生物学家们发现,ROR2基因的突变跟许多品种的家鸽的喙部尺寸缩小有关。令人惊讶的是,ROR2的突变照样一种叫做罗宾诺综合征的人类疾病的基础。

这项研究的论文首席作者Elena Boer说道:“罗宾诺综合征最引人注目的一些特征是面部特征,包罗宽而突出的前额和短而宽的鼻子和嘴,这让人想起鸽子的短喙表型。从发育的角度来看是有意义的,由于我们知道ROR2信号通路在脊椎动物的颅面发育中起着主要作用。”

该论文将于当地时间9月21日揭晓在《Current Biology》上。

绘制基因和头骨

研究职员培育了两只长着短喙和中等喙的鸽子--中等喙的雄性鸽子是Racing Homer,这种鸟的滋生速率快,喙的长度跟原始岩鸽相似。这种小喙的雌性是一种Old German Owl--一种奇异的鸽子品种,其拥有一个小而矮胖的嘴。

“饲养者选择这种喙纯粹是为了雅观,即便它是有害的--它永远不会泛起在自然界。因此,家鸽在寻找决议体型差异的基因方面具有伟大优势,”这项研究的高级作者James E. Talmage说道,“达尔文的一个主要论点是,自然选择和人工选择是统一个历程的变体。鸽子喙的巨细有助于弄清晰这是怎么回事。”

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短喙和中喙的亲鸟发生了最初的F1雏鸟,它们的喙是中等长度的。当生物学家将F1鸟类相互交配时,发生的F2孙子的喙从大到小,以及介于两者之间的所有尺寸。为了量化这种转变,Boer使用犹他大学临床前成像焦点设施天生的微型CT扫描丈量了145只F2个体的喙的巨细和形状。

Boer说道:“这种方式很酷的一点是,它让我们可以考察整个头骨的巨细和形状,效果发现不仅仅是喙的长度差异连脑壳的形状也在同时改变。这些剖析注释,F2种群中的喙部变异是由于喙长的现实差异,而不是由于整个头骨或身体巨细的转变。”

接下来,研究职员对照了鸽子的基因组。首先,他们使用一种称为数目性状位点(QTL)定位的手艺,其确定了涣散在整个基因组的DNA序列变异,然后考察这些变异是否泛起在F2孙辈的染色体上。

Shapiro说道:“拥有小喙的孙辈跟拥有小喙的祖怙恃拥有相同的染色体片断,这告诉我们,这段染色体与小喙有关。而且它是在性染色体上,这是经典的遗传实验提出的,以是我们很兴奋。”

然后,研究小组对照了许多差异鸽子品种的整个基因组序列,包罗来自31个短喙品种的56只鸽子和来自58其中等或长喙品种的121只鸽子。剖析效果显示,所有拥有小喙的个体在包罗ROR2基因的基因组中都有相同的DNA序列。

Boer指出:“事实上,我们从两种自力的方式中获得了同样强烈的信号,这真的很令人兴奋,另外还提供了一个分外的证据,它证实ROR2基因位点介入其中。”

研究职员们推测,短喙突变导致ROR2卵白以一种新的方式折叠,不外他们还设计举行功效实验以弄清晰突变若何影响颅面发育。

鸽子兴趣者

令达尔文着迷的家鸽的诱惑至今仍吸引着好奇者。研究小组用于基因组测序的许多血液样原本自犹他州鸽子俱乐部和国家鸽子协会的成员,这两群鸽子兴趣者都在继续饲养鸽子并加入竞赛以展示差异品种的惊人差异。

Shapiro说道:“在已往十年里,我们实验室揭晓的每一篇论文都在某种水平上依赖于他们的样本。若是没有鸽子养殖群体,我们不能能做到这一点。”

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