瑞士研究發現鱗片變羽毛　只需改變一基因表達路徑

最新刊於《科學進展》的研究發現，可通過修改少部分基因的表達，即能將覆蓋在雞腳上的鱗片永久性地轉變為羽毛！

鱗片、羽毛和毛髮等都是有脊椎動物皮膚附件的例子，這些結構也組成了非常多樣化的微器官。雖然，它們具有多種自然形式，但在胚胎階段這些構造都共享早期發育過程，並在皮膚表面產生局部增厚，由表達特定基因的細胞發展而成。

其中一個基因稱為音蝟因子 (Sonic hedgehog, Shh)，該基因控制細胞內和細胞間傳遞訊息的訊號路徑，而 Shh 訊號會參與多種結構的發育，包括神經、肢芽和皮膚附件。

此前，日內瓦大學科學學院遺傳與演化系教授 Michel Milinkovitch 的實驗室已證明，有脊椎動物的毛髮、羽毛和鱗片是從爬行類共同祖先繼承的同源結構。

在是次研究，團隊使用雞胚胎的羽毛作為模型系統，以了解皮膚附件的發育。雖然已知如  “Brahma” 和 “Sablepoot” 的某些品種雞，其腿和腳背表面有羽毛，但學界對這一特徵由哪種基因決定尚未完全了解。

由於負責這種轉化的訊號路徑未被確定，團隊調查了 Shh 路徑在這方面的潛在作用。團隊以經典的「照蛋」 技術，照亮蛋內雞胚胎的血管。然後，研究員用一種專門可激活 Shh 路徑的分子 (smoothened agonist, SAG) 注射到雞胚胎的血液中。

團隊觀察到，這做法足以在通常有鱗片覆蓋的區域，觸發大量幼年羽絨型羽毛的形成。值得注意的是，實驗誘導的羽毛與覆蓋身體其他部分的羽毛一樣可再生，隨後更會自動被成年羽毛取代。

在與對照組胚胎進行比較後的 RNA 測序分析表明，注射 SAG 後， Shh 路徑會立即並持續激活，證實了 Shh 路徑的激活是鱗片轉化為羽毛的基礎。

Milinkovitch 指出，研究表明從鱗片到羽毛的飛躍性演化，不需要基因組組成或表達發生重大的變化。相反，一個基因 Shh 表達的瞬間變化可產生一系列發育事件，從而導致羽毛而不是鱗片出現。研究對於理解自然界中觀察到的動物形態的巨大多樣性演化機制具有重要意義。

來源：
University of Geneve, Scales or feathers? It all comes down to a few genes

報告：
Cooper, R.L. & Milinkovitch, M.C. (2023). Transient agonism of the sonic hedgehog pathway triggers a permanent transition of skin appendage fate in the chicken embryo. Science Advances Vol 9, Issue 20. doi: 10.1126/sciadv.adg9619

文／AC