但在过去三四十年里,经过人工选育和繁殖,许多豹纹守宫的身上出现了绚丽的条带和迷人的斑纹。根据色调的不同,有柠檬霜、蜜橘、黑夜、白骑士等各种名称。
▲各种色彩的豹纹守宫,左上角的一只是原色(图片来源:参考资料[1];Credit: L. Guo et al. /PLOS Genetics 2021/Steve Sykes)
绚丽的豹纹守宫不仅吸引了爬宠玩家,还吸引了一些生物科学家。加州大学洛杉矶分校的Longhua Guo博士回忆说,当他在2017年刚刚进入遗传学家Leonid Kruglyak教授的实验室时,想要找一个有意思的课题。刚好,他在网上看到了一篇介绍豹纹守宫的文章。“我立马被图片吸引。”他说,“这些动物的颜色和图案太奇特了!”
不过Kruglyak教授很清楚,要探索豹纹守宫体色背后的基因并非易事。尽管他的实验室专长于揭秘不同生物各种性状的遗传基础,但他从未研究过豹纹守宫。不像小鼠、斑马鱼等常见的实验动物,其基因组序列早已被破解,有很多研究工具可以供科学家使用;对于蛇、蜥蜴等爬行动物,人们对其遗传学的了解极为有限,连哪些基因位于哪条染色体上也鲜有人知。
受好奇心驱使的科学家们找到了一个合作者,当地一位狂热的豹纹守宫繁育爱好者Steve Sykes先生。
说他狂热一点也不夸张。Sykes先生饲养了数百条豹纹守宫。2015年,为了一见钟情的一对豹纹守宫,Sykes先生曾经一掷千金,更确切的说,是1万美元!
这一对豹纹守宫的颜色和Sykes先生过去见到的都不一样,它们整个背部呈现漂亮的淡黄色,就像浸在了柠檬果冻里。这是一对刚刚繁育出的新品种,被称作“柠檬霜”。Sykes先生给它们取名为霜先生和霜太太。
▲柠檬霜豹纹守宫,霜先生Mr. Frosty(图片来源:参考资料[2];Credit:L. Guo et al./PLOS Genetics?2021/Steve Sykes)
Sykes先生向科学家们介绍了他的收藏。他有数量足够多的豹纹守宫,更难能可贵的是,他还有详细的繁殖记录,这对于科学家们分析体色遗传极有帮助。
Sykes先生也专门向Guo博士讲述了“霜先生”的故事。在买下这对柠檬霜后,他让霜先生和其他豹纹守宫进行杂交,希望生出更多漂亮的柠檬霜。然而,一年之后,他注意到了奇怪的事情:一些幼体的皮肤上长出了小小的白色肿块。随着时间推移,他发现,几乎超过80%的柠檬霜个体会在出生后的五年里长出白色的皮肤肿块。有些个体的肿块会长得很大,导致动物行动困难;一旦破裂,还会引起感染。
因此,Sykes先生希望科学家们研究柠檬霜。他想知道,它们的皮肤肿块和独特的颜色是否有某种密不可分的联系,是否有办法让培育出的柠檬霜避免这种命运。
▲80%的柠檬霜个体会长肿瘤(图片来源:参考资料[1])
科学家们接受了建议。
他们从500只豹纹守宫的尾巴或脸颊内侧采集了DNA,包括霜先生的几十个子孙,然后使用基因组测序技术阅读它们的遗传密码。同时,根据每一只的外观和繁育记录,研究人员可以确定它们有几个柠檬霜等位基因。通过比较柠檬霜个体与原色个体的基因组差异,寻找基因组中柠檬霜个体与其他个体不同的片段。
研究人员最终破解了柠檬霜的遗传密码。他们发现,单个基因同时控制了颜色和癌症。通过各种基因分析,结果指向了基因组中的一个区域,该区域只包含一个已知的基因:SPINT1。
而这个SPINT1基因,已经被发现与癌症有关。该基因发生突变的人,更容易得黑色素瘤,一种致命的皮肤癌。鉴于这个基因在癌症中的已知作用,Kruglyak教授认为,他们找到了导致豹纹守宫长肿瘤的明确候选者。具体来说,柠檬霜个体拥有变异的SPINT1,该基因中的错误可能引起皮肤中的虹膜细胞(iridophores)过度增殖。
和热带鱼、变色龙一样,豹纹守宫的绚丽色彩来自虹膜细胞。虹膜细胞通过晶体产生颜色,这些晶体的形状和结构会影响它们折射和反射光线的方式,从而产生各种颜色。豹纹守宫的虹膜细胞中,晶体排列产生白色。当虹膜细胞及其晶体过量产生,整体背景显得更白,动物的黄色看起来更明亮,但也可能导致皮肤肿瘤的发展。
▲柠檬霜个体的皮肤肿瘤中,虹膜细胞内含有更多的反光晶体(左);相比之下,原色个体的皮肤中,虹膜细胞的密度较小,晶体较少(图片来源:参考资料[1])
2021年7月24日,这项研究成果发表在学术期刊PLOS?Genetics上。
得知这一结果,Sykes先生表示,他已经停止繁育柠檬霜个体,“我的目标是繁殖出美丽、完美、健康的豹纹守宫,而现在看来,似乎不可能将柠檬霜基因与肿瘤表型分离开来。”
而科学家们的研究没有停止。最初只是出于对豹纹守宫奇特色彩的好奇,最终他们被带到了一个出乎意料的方向。这项研究的发现,或许可以为研究人类黑色素瘤开辟新的途径。例如SPINT1的突变究竟如何影响黑色素瘤的形成,仍然还是未解之谜,而虹膜细胞中的新发现,可能揭示重要的分子通路。
Kruglyak教授甚至期待,豹纹守宫或许还能成为爬行动物中的“小鼠”,作为未来研究癌症的新模型。
参考资料:
[1] Longhua Guo et al., (2021) Genetics ofwhite color and iridophoroma in “Lemon Frost” leopard geckos. Plos GeneticsDoi: https://doi.org/10.1371/journal.pgen.1009580
[2] Leopard gecko skin tumors traced tocancer gene. Retrieved June 28, 2021 from?https://www.hhmi.org/news/leopard-gecko-skin-tumors-traced-to-cancer-gene
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