牛、羊、鹿為什么有角，牛羊的角與鹿的角從遺傳發(fā)育上有何異同？

2019年6月21日，美國《科學(xué)》雜志在線刊發(fā)了西北農(nóng)林科技大學(xué)動(dòng)物科技學(xué)院姜雨教授研究團(tuán)隊(duì)，與西北工業(yè)大學(xué)等9家國內(nèi)外單位合作的研究論文《反芻動(dòng)物角發(fā)生發(fā)育和鹿茸快速再生的遺傳基礎(chǔ)》。從遺傳學(xué)角度首次提出反芻動(dòng)物的角具有相同的細(xì)胞起源——頭部神經(jīng)脊干細(xì)胞，其發(fā)育過程利用了基本相同的基因調(diào)控通路，為反芻動(dòng)物角具有單一的進(jìn)化起源和發(fā)生發(fā)育機(jī)制提供了證據(jù)。

其實(shí)這些有角的動(dòng)物都屬于反芻動(dòng)物的有角下目，是現(xiàn)存唯一一類頭顱上有骨質(zhì)附屬物的哺乳動(dòng)物。

研究清楚這些動(dòng)物角的來龍去脈一直是動(dòng)物學(xué)家求索的目標(biāo)。因?yàn)樗侨藗冋J(rèn)識(shí)這些動(dòng)物的起源、演化及進(jìn)一步科學(xué)改良、利用的關(guān)鍵。

而有角下目的不同動(dòng)物類群會(huì)有各自獨(dú)特形態(tài)的角，如長頸鹿科的角由僅被皮膚和毛發(fā)覆蓋的骨突組成；?？频慕且灿幸粋€(gè)骨質(zhì)的核心，但被一個(gè)角質(zhì)鞘所覆蓋，其為終生生長，不分叉也不能再生；而鹿科動(dòng)物的角則周期性脫落，每年再生一次，在生長階段時(shí)被稱為鹿茸，它的生發(fā)組織在鹿茸上方，所以會(huì)分叉生長。生長停止后，鹿茸會(huì)鈣化為鹿角，也沒有角鞘。部分有角下目的動(dòng)物還會(huì)不長角，比如麝和獐子。

草食動(dòng)物大多沒有尖牙利爪，角既是它們面對(duì)捕獵者的自衛(wèi)工具，也是同類間爭(zhēng)奪配偶和領(lǐng)地的主要工具，但角的存在非常不利于畜牧生產(chǎn)管理，并有極大的安全隱患。因此，育種工作者投入大量的精力選育無角的牛羊品種，美國Recombinetics育種公司利用基因編輯技術(shù)，培育出了不會(huì)長角的黑白花奶牛，從而使小牛出生后無須經(jīng)歷被烙去牛角的痛苦過程。但用于山羊和綿羊基因編輯育種的無角突變至今還沒有被確證。那么牛角，羊角和鹿角的發(fā)育生長是否由相同的基因通路控制？骨質(zhì)角是來自一次起源還是多次起源？一直是一個(gè)懸而未決的科學(xué)問題

西北農(nóng)林科技大學(xué)聯(lián)合西北工業(yè)大學(xué)、中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院、丹麥哥本哈根大學(xué)、中科院昆明動(dòng)物研究所、四川養(yǎng)麝研究所、石河子大學(xué)、新疆畜牧科學(xué)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(dòng)物基因組和多達(dá)270個(gè)轉(zhuǎn)錄組，發(fā)現(xiàn)羊角和鹿茸具有相似的基因表達(dá)模式，其特異高表達(dá)的基因主要募集來自在骨、皮膚、腦和睪丸組織表達(dá)的基因。這些角組織特異高表達(dá)基因，連同一些快速進(jìn)化基因都參與了神經(jīng)脊細(xì)胞遷移通路，從而從遺傳學(xué)角度首次提出反芻動(dòng)物的角具有相同的細(xì)胞起源——頭部神經(jīng)脊干細(xì)胞，為反芻動(dòng)物角具有單一的進(jìn)化起源提供了遺傳學(xué)證據(jù)，也為無角牛、羊的育種提供了理論基礎(chǔ)，并為通過基因編輯手段生產(chǎn)無角牛羊提供了關(guān)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(xì)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厘米，但來自費(fèi)城和圣地亞哥動(dòng)物園長期統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)卻顯示，鹿科物種反而具有較低的癌癥發(fā)生率。本研究發(fā)現(xiàn)，多個(gè)原癌基因通路在鹿角組織被激活并發(fā)生遺傳改變，可能在調(diào)控鹿茸快速再生過程中發(fā)揮重要作用，同時(shí)幾個(gè)重要的抑癌基因也發(fā)生了鹿科特異的遺傳改變，其可能強(qiáng)化了抑癌作用。因此，進(jìn)一步的功能研究將在證明快速但受控的細(xì)胞生長的潛在機(jī)制以及探索鹿作為器官再生模型和癌癥模型方面具有重要的科學(xué)意義，為癌癥治療和預(yù)防提供新的思路和方法。（來源：科學(xué)網(wǎng) 李曉春 張晴 張行勇）

相關(guān)論文信息：DOI: 10.1126/science.aav6335