蛇為什麼沒有腳？

有些時候，基因組微小的改變就可以使動物外觀發生巨大差異。蛇足的消失就是一個典型的例子。最近，來自兩個獨立科研團隊發現了這一現象背後的遺傳學基礎。雖然這兩個研究小組採取了非常不同的方法來解決蛇足消失的謎團，但他們都得到了類似的結果——位於肢體形成基因附近的一個增強子區域發生了突變，從而導致蛇足的消失。

雖然蛇是爬行動物，但是幾乎所有的蛇都完全失去了大多數陸地動物所具備的肢體特徵。然而它們期初並不是這個樣子：大約在1億多年前，蛇是有腿的。至今蟒蛇體內還存在微小的腿骨，這表明它們體內還殘存著構建肢體的分子通路。

早在1999年，科學家們就發現基因可能與蛇身進化有關的線索。在當時，有研究人員發現和其他爬行動物相比，蛇的胚胎中某些基因擁有不同形式的活性，並且那些基因與能使胚胎長出肢體的生長因子有關。但在當時，科學家們缺乏基因組工具來進行深入研究。

四年後，研究小組發現其中一個名為音蝟因子（Sonic hedgehog，該基因名稱來源於一部著名的電視遊戲《刺蝟索尼克》）的基因活性，在蜥蜴腿的大小中發揮著重要作用，這暗示著它可能對蛇也十分重要。隨著技術發展，檢測基因活性的方法越來越多，全基因組測序可以將各個品種的蛇和其他爬行動物相比較，因此研究團隊可以追蹤蟒蛇胚胎中該基因的活性，看看為什麼這些本來開始生長的腿卻沒有在胚胎內發育完全。

研究人員發現控制音蝟因子的基因開關中的3個DNA缺失了。這是一段位於音蝟因子上游的一段增強子區域，可以與蛋白質結合并控制音蝟因子的活性。增強子部分缺失使得它與特定蛋白難以結合，並導致蟒蛇胚胎中的發育過程中音蝟因子只有短暫的活性。這項研究發表於10月20日的Current Biology雜誌上。研究人員還發現，蛇體內沒有腿骨，因為增強子被刪除的更多，導致音蝟因子在一開始就不能被啟動轉錄。

另一個來自加利福尼亞的勞倫斯伯克利國家實驗室的研究小組也曾利用蟒蛇來研究腿消失的原因。他們比較蟒蛇和其他蛇類比如毒蛇和眼鏡蛇的基因組，後者體內沒有殘餘的腿骨。該研究小組也發現了同樣的結果，音蝟因子的增強子有許多缺失和突變。

通過測量小鼠的四肢長度，這些研究人員還發現突變的音蝟因子增強子會影響腿部生長。他們利用CRISPR-Cas9基因編輯技術將小鼠自身的增強子用蛇、魚和人的增強子替代。當用人和魚的增強子替代時，小鼠的腿部還能正常發育。這表明來自其他物種的音蝟因子增強子在小鼠中仍然可以正常發揮作用。但是，用蛇的增強子替代時，小鼠的腿不能正常發育，變成了一個個小粗節。這篇研究發表於10月20日的Cell雜誌上。最後，當研究人員把缺失的DNA插入蛇的增強子中，再把這個修正過的增強子插入小鼠基因中時，小鼠的腿就可以正常生長。

這兩個團隊的科學家們強調，音蝟因子增強子的改變並非蛇形態演變的全部原因。比如，最近有其他研究人員發現另一個增強子與蛇多餘的肋骨和長長的骨幹有關。音蝟因子增強子的改變也可能並非蛇腿消失的第一步，但肯定是一個主要原因。

備註：本文編譯自Science網站，原標題：「Tiny DNA tweaks made snakes legless」。

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