研究人员破解了查尔斯·达尔文的短喙谜

查尔斯·达尔文培育国内鸽子(鸽属利维亚,在他的物种起源描述了鸽迷们所选择的众多变体。他认为这些鸟的嘴里藏着选择的秘密。不受自然选择的束缚,在同一物种中有超过350个品种的喙的形状和大小各不相同。最引人注目的是非常短的喙,它们有时会阻止父母喂养自己的孩子。在一项新的研究中,生物学家发现ROR2基因与家鸽喙的缩小有关;令人惊讶的是,这种基因的突变也导致了一种叫做Robinow综合症

波尔等人饲养的老德国猫头鹰(左)和赛马荷马(右)家鸽。图片来源:Sydney Stringham。

老德国猫头鹰(左)和赛马荷马(右)家鸽,由波尔人饲养..图片来源:Sydney Stringham。

“Robinow综合症的一些最显著的特征是面部特征,包括宽阔突出的前额,短而宽的鼻子和嘴,这让人想起鸽子的短喙表型,”犹他大学博士后研究员埃琳娜·波尔博士说。

“从发育的角度来看,这是有意义的,因为我们知道ROR2信号通路在脊椎动物的颅面发育中扮演着重要的角色。”

在这项研究中,波尔博士和他的同事培育了两只长着短喙和中喙的鸽子:(i)这只中喙的雄性鸽子是“赛马荷马”(Racing Homer),这种鸟的繁殖速度快,喙的长度与原始岩鸽相似;(ii)小喙的雌性是一种老德国猫头鹰,一种奇特的鸽子品种,有一个小,蹲下的嘴。

犹他大学的迈克尔·夏皮罗教授说:“繁育者纯粹是为了美观而选择这种喙,以至于它是有害的——它永远不会在自然界中出现。”

“所以,家鸽在寻找导致体型差异的基因方面具有巨大优势。”

达尔文的一个重要论点是,自然选择和人工选择是同一个过程的变体。鸽子喙的大小有助于弄清楚这是怎么回事。”

短喙和中喙的亲本产生了具有中喙的后代的第一代后代。

当研究人员将F1代的鸟配对时,F2代的后代的喙大小不一,大小不一

为了量化这种变化,他们使用micro-CT扫描测量了145个F2个体的喙的大小和形状。

波尔博士说:“这种方法最酷的地方在于,它允许我们观察整个头骨的大小和形状,结果发现,不仅喙的长度不同,脑壳的形状也在同时改变。”

“这些分析表明,F2种群中的喙部变异是由于喙长的实际差异,而不是由于整个头骨或身体大小的变化。”

利用一种称为QTL定位的技术,科学家们发现了分布在鸽子基因组中的DNA序列变异。

然后,他们观察这些突变是否出现在F2孙辈的染色体上。

夏皮罗教授说:“拥有小喙的孙辈与拥有小喙的祖父母拥有相同的染色体片段,这告诉我们这段染色体与小喙有关。”

“而且它是在性染色体上,这是经典的遗传实验提出的,所以我们很兴奋。”

然后,作者比较了许多不同鸽子品种的整个基因组序列:来自31个短喙品种的56只鸽子和来自58个中等或长喙品种的121只鸽子。

他们发现,所有拥有小喙的个体在包含ROR2基因的基因组区域中都有相同的DNA序列。

“事实上,我们从两种独立的方法中得到了同样强烈的信号,这真的很令人兴奋,并提供了一个额外的证据,表明ROR2基因位点参与其中,”Boer博士说。

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埃琳娜•布尔当代生物学188足球即比分直播, 2021年9月21日在线发布;

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