尋找賽鴿導航腦部DNA基因奧秘祖源

2020-12-06 百家號

《周禮註疏》卷四載:「庖人掌共六畜、六獸、六禽。」漢人鄭玄註:「六禽:雁、鶉、鴳、雉、鳩、鴿。」說明中國在西周時期,王侯之家已飼養包括鴿子在內的「六禽」作為美味佳餚享用。戰國時期的《越絕書》載:「蜀有花鴿,狀如春花。」首次用形象的語言描述鴿子的形象。

信鴿一代又一代的人為育種之下,是哪些遺傳變異,帶來賽鴿優於同類的優勢呢?新發表的論文為了研究此一問題,全新定序8個賽鴿品系,加上之前發表過的2個,一共有10個賽鴿基因組,與35個非賽鴿品系相比。可是比較這麼多樣本以後,研究團隊竟然找不到明確的答案?到底是怎麼回事,讓我們來看看。

儘管賽鴿來自多個不同品系,不過由建構的親緣關係樹看來,所有賽鴿遺傳上皆自成一群,與其他鴿明顯有別;而血緣最接近賽鴿的近親,是英國信鴿(英另外根據DNA變異分析祖源,賽鴿間的同質性都非常高,與其他鴿差異十分明顯。這些分析顯示賽鴿有著單一起源,與其他同類之間少有遺傳交流。

賽鴿優越的飛行與導航能力,若是受遺傳適應影響,該如何尋找?賽鴿是賽鴿,其他鴿不是賽鴿,所以概念上,假如某些遺傳變異是所有賽鴿皆具備,其他鴿卻都沒有,就有可能是造成彼此差異的原因。

可惜奧秘沒有這麼容易解答。符合上述特徵的基因,比較結果是:一個都不存在。即使放寬標準,也僅僅有極少數DNA變異是絕大部分賽鴿都有,只有少數其他鴿具備。由此推論,賽鴿優於同類的特異功能,並非由影響力很大的單一基因造成,也不只與少數基因有關。

另外也要考慮,即使偵測到賽鴿較為特別的DNA變異,大部分應該也與飛行與導航的適應無關。賽鴿族群的個體數目很少,受到人擇(人工選擇)高度影響,由親緣關係看來又是自成一群,與非賽鴿的同類缺乏情慾交流。這些條件下,賽鴿與眾不同的遺傳差異很可能是隨機導致,並非本研究意圖尋找的目標。

所有統計分析方法都有機會將賽鴿基因組上,由於其他原因而留下的特定變異,誤判為符合條件的目標,也就是「偽陽性」。為了儘量避免渾水摸鴿,研究團隊結合5種分析方法一起分析基因組,希望加強統計的可靠程度,避免偽陽性產生。

採取更加嚴謹的策略之後,研究團隊發現CASK基因最符合資格。此基因全名是「鈣/鈣調蛋白依賴性絲氨酸蛋白激酶」,已知與骨骼肌的發育有關。強化的肌肉與飛行能力關係密切,因此CASK看似接近尋覓的對象(賽鴿的CASK基因版本並不獨特,某些非賽鴿同類也有具備);不過序列分析畢竟是紙上談飛,是否真能提升飛行能力,仍需進一步實證才能確定。

基因序列的差異之外,因因DNA序列完全不變,改變調控方式,也能讓同一個基因發揮相當不同的鴿與一般鴿的轉錄組(transcriptome),也就是搜集並定序樣本中,所有基因轉錄表現出的mRNA片段(RNA-seq),比較各基因表現量的高低。

同一群基因在每時每刻,不同細胞組織,生理狀態,成長階段......各種情況下的表現都不一樣。假如研究基因表現,那麼就要考慮選取分析的樣本。賽鴿高超的飛行能力與胸肌息息相關,導航則主要仰賴腦部,因此研究團隊選擇成年鴿的胸肌與腦部,分別取得它們的轉錄組,比較同一基因在賽鴿與同類間的差異。

比較4個賽鴿與4個同類樣本以後,確實有些基因的表現量,在賽鴿與非賽鴿之間有別;然而不同個體間的基因表現,本來就不會完全一致,研究團隊光靠這些資訊仍無法判斷,到底哪些改變與飛行和導航較為有關。有個可能是DNA序列差異,導致mRNA表現量的變化,可惜對照基因組與轉錄組的分析結果之後,並沒有兩者一致的改變。

儘管比較基因組-DNA序列,以及轉錄組-mRNA表現,都無法參見賽鴿的玄機,不過仍無法排除賽鴿的特殊能力,受到調控改變的影響。控制基因表現不只mRNA轉錄一種方式,還有蛋白質表現,和多種表觀遺傳學修飾(epigenetic modification)等千變萬化的調控機制,都是未來研究的潛在方向。

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