李曉春 張晴 中國青年報·中青在線記者 孫海華
牛、羊、鹿為什麼有角？牛羊的角與鹿的角，從遺傳發育上有何異同？……2019年6月22日，國際學術期刊《科學》雜誌在線刊發了西北農林科技大學動物科技學院姜雨教授研究團隊與西北工業大學等9家國內外單位合作的研究論文《反芻動物角發生發育和鹿茸快速再生的遺傳基礎》。論文從遺傳學角度，首次提出反芻動物的角具有相同的細胞起源——頭部神經脊幹細胞，其發育過程利用了基本相同的基因調控通路，為反芻動物角具有單一的進化起源和發生發育機制提供了證據。
牛、羊、鹿都屬於反芻動物的有角下目，是現存唯一一類頭顱上有骨質附屬物的哺乳動物，這個附屬物就是大家熟知的角。
有角下目的不同動物類群，會有各自獨特形態的角。如，長頸鹿科的角，由僅被皮膚和毛髮覆蓋的骨突組成；牛科的角，也有一個骨質的核心，但被一個角質鞘所覆蓋，其為終生生長，不分叉也不能再生；而鹿科動物的角，則周期性脫落，每年再生一次，在生長階段時被稱為鹿茸，它的生發組織在鹿茸上方，所以會分叉生長。生長停止後，鹿茸會鈣化為鹿角，也沒有角鞘。部分有角下目的動物還會不長角，比如麝和獐子。
而對於草食動物來說，大多沒有尖牙利爪，角既是它們面對捕獵者的自衛工具，也是同類間爭奪配偶和領地的主要工具。但是，角的存在非常不利於畜牧生產管理，並有極大的安全隱患。因此，育種工作者投入大量精力選育無角的牛羊品種。
利用基因編輯技術，美國Recombinetics育種公司培育出了不會長角的黑白花奶牛，從而使小牛出生後無須經歷被烙去牛角的痛苦過程。
然而同時，用於山羊和綿羊基因編輯育種的無角突變卻至今還未被確證。那麼牛角，羊角和鹿角的發育生長，是否由相同的基因通路控制？「骨質角是來自一次起源，還是多次起源？」一直是一個懸而未決的科學問題。
西北農林科技大學聯合西北工業大學、中國農業科學院、丹麥哥本哈根大學、中科院昆明動物研究所、四川養麝研究所、石河子大學、新疆畜牧科學院、深圳華大基因研究院和美國Recombinetics公司等9家單位，通過比較不同類型的反芻動物基因組和多達270個轉錄組，發現羊角和鹿茸具有相似的基因表達模式，其特異高表達的基因主要募集來自在骨、皮膚、腦和睪丸組織表達的基因。
這些角組織特異高表達基因，連同一些快速進化基因都參與了神經脊細胞遷移通路。從而，科學家們從遺傳學角度首次提出反芻動物的角具有相同的細胞起源——頭部神經脊幹細胞，為反芻動物角具有單一的進化起源提供了遺傳學證據，也為無角牛、羊的育種提供了理論基礎，並為通過基因編輯手段生產無角牛羊提供了關鍵靶基因。
此外，鹿角具有極快的再生速度。每年春季到夏季，其細胞分裂增殖速度甚至超過了癌組織的生長速度——如馬鹿的角，每天生長約1.7釐米。但是，來自費城和聖地牙哥動物園的長期統計數據卻顯示：鹿科物種反而具有較低的癌症發生率。
本研究發現，多個原癌基因通路在鹿角組織被激活，並發生遺傳改變，可能在調控鹿茸快速再生過程中發揮重要作用。同時，幾個重要的抑癌基因也發生了鹿科特異的遺傳改變，其可能強化了抑癌作用。
因此，進一步的功能研究將在證明快速但受控的細胞生長的潛在機制，以及探索鹿作為器官再生模型和癌症模型方面具有重要的科學意義，為癌症治療和預防提供新的思路和方法。（教育科學部編輯）
責任編輯:於璧嘉