生物学家解开达尔文的鸽子之谜，意外发现与人类遗传病的关系
▎药明康德内容团队编辑
达尔文曾痴迷于养鸽子。他在自家的乡间别墅花园里建了一座鸽舍，专程从繁育鸽子的人那里买来了很多花样品种，进行饲养和繁殖。短面翻飞鸽、球胸鸽、凤颈鸽、扇尾鸽……各种品种在外形上迥然不同，尽管它们全都属于同一个物种原鸽（Columba livia）。几年后，达尔文在著名的《物种起源》中写道，“鸽子的品种具有惊人的多样性”。
在鸽子令人眼花缭乱的特征中，达尔文注意到了它们的鸟喙，大小形状差异很大。数百年的人工杂交繁育，让早期的养鸽爱好者掌握了家鸽的鸟喙长短可以调节。有些品种的鸟喙非常短，甚至短到亲鸟无法给自己的幼鸟喂食。达尔文认为，这些家鸽尽管是通过人工选择有了大小长短不同的鸟喙，但其中藏着自然选择如何运作的秘密。
今天，现代遗传学家追随着达尔文的脚步，终于解开家鸽鸟喙长短的谜团。在学术期刊Current Biology最近发表的一篇研究论文中，美国犹他大学（University of Utah）的生物学家在家鸽的基因组中精确定位了一个控制短喙的基因ROR2，这个基因发生的突变与许多品种的鸟喙缩短有关。
令人惊讶的是，ROR2基因突变还和一种人类遗传性疾病有关。这种遗传病被称为胎儿面容综合征（Robinow syndrome），一个明显的症状就是人的面部发育异常，包括宽阔突出的额头、扁平的鼻子和嘴。“这些面部特征让人想起鸽子的短嘴。”研究作者 Elena Boer博士说。
Boer博士所在的实验室里，研究人员和达尔文一样养了不少鸽子。为了找出控制鸟喙外形的分子机制，他们采用的第一种方法是经典的遗传学杂交实验，将一种短嘴观赏鸽和一种喙长中等、接近原始品种的信鸽进行杂交，并将杂交产生的第二代（喙长介于父母之间）再次繁殖，得到了145只鸟喙长短大小不一的第三代进行分析。
▲短喙品种Old German Owl和中等喙长品种竞翔荷麦鸽（Racing Homer ) 进行杂交，F2的鸟喙出现了介于两者之间的各种长短（图片来源：参考资料[2]）
研究人员用高分辨率的micro-CT扫描，仔细测量了这些鸽子的鸟喙，并确定长短差异并非由于头骨形状或体型的变化导致。
接下来，他们比较了鸽子的基因组，用一种叫做定量性状位点（QTL）定位的方法在整个基因组中寻找特定的DNA序列变异，并观察哪些变异与短嘴的特征相关联，从中找到了候选的基因位点。“第三代中的短喙个体与第一代的短喙品种拥有相同的染色体片段，这说明那个片段与短喙有关。”研究人员说。
▲短喙品种代表和中长喙品种代表（图片来源：参考资料[1]；Credit：Thomas Hellmann）
除了自己杂交的鸽子，这支研究团队还与许多观赏鸽繁育爱好者、赛鸽俱乐部建立了密切联系。这些爱好者向科研人员捐赠了近百个不同品种鸽子的血液样本。对样本进行全基因组测序分析后，研究人员在其中所有的短嘴品种鸽子中都发现，它们的基因组里，包含ROR2基因的区域有相同的DNA序列。
“令我们非常兴奋的是，从两种独立的方法中我们获得了同样强烈的信号，多个层面的证据表明ROR2基因位点与此有关。” Boer博士说。
▲结合不同的方法，在鸽子的性染色体上发现了导致短喙的候选基因ROR2（图片来源：参考资料[1]）
研究人员进一步分析说，从发育的角度可以解释ROR2基因为什么能调节鸽子的喙长，因为ROR2蛋白参与的Wnt信号通路在脊椎动物的颅面形态发育中起着重要作用。他们推测，在短喙鸽子中发现的突变导致ROR2蛋白以新的方式折叠，影响ROR2蛋白的功能。
Michael D. Shapiro博士是领导这项鸽子研究的负责人，他的实验室已经研究了鸽子十多年，他说：“达尔文的一个重要论点是，自然选择和人工选择是同一过程的不同变体。弄清鸽子喙的长短有助于弄清楚选择过程是如何发生的。”
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