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Nature重大成果:复杂行为的基因机理

来源:生物通
摘要:俗话说,龙生龙凤生凤,老鼠生的儿子会打洞,从这句话中能看出最浅显的遗传学理论,然而要想解析其中蕴含的复杂行为——动物如何将构建精巧结构的能力遗传给后代,实际上并不容易。在最新一期(1月17日)Nature杂志上,来自美国麻省脑科学研究中心,比较动物学博物馆的研究人员就发现了其中的奥......

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俗话说,龙生龙凤生凤,老鼠生的儿子会打洞,从这句话中能看出最浅显的遗传学理论,然而要想解析其中蕴含的复杂行为——动物如何将构建精巧结构的能力遗传给后代,实际上并不容易。在最新一期(1月17日)Nature杂志上,来自美国麻省脑科学研究中心,比较动物学博物馆的研究人员就发现了其中的奥秘。 

现代科学指出基因能塑造我们的身体和行为,对此我们大家都已经熟悉并接受,科学家们也在不遗余力的寻找这两者之间的关系,然而包括人类在内的动物的身体和行为也能改变周围的世界,比如海狸就可以修建水坝,这也就是说海狸的基因在某一层面上能重新定向整个河流的走向。

著名的演化生物学家Richard Dawkins将这称之为“扩展表型”(extended phenotype),是指生物对其环境的影响,比如海狸水坝,蜂巢鸟巢和地洞等。这些事物本身并没有基因,但是基因明显影响了其构建。2004年,Dawkins曾写道,“21年前,我说过没有人利用动物构建作为表型,进行遗传学研究,我认为现在还是这样。”

不过最新这项研究打破了这一说法,目前已加入哈佛大学的Hopi Hoekstra进行了一项无生命物体的遗传学分析。

这项早于2005年就开始的研究,解释了为什么一种称之为oldfield mouse(Peromyscus polionotus)能精心搭建起两个隧道的洞穴,一个用于通往洞穴,一个用于逃生(见下图),而其“近亲”鹿鼠deer mice(Peromyscus maniculatus)却只是打了一个单隧道洞穴。

 

这些发现凸显了基因组学革新性进展的重要性,科学家们通过便宜又快速的DNA测序技术,进行了行为遗传学的分析,无需受限于实验室的几种动物,而是可以将实验范围扩展到野外去,“在我看来,自然界群体生物中基因和行为之间的联系,将是未来生物学发展的下一个契机,”Hoekstra说。

 

研究人员通过oldfield mouse与deer mice的杂交培养,发现其后代依然会挖出复杂的通道来,这表明oldfield的基因占主导地位,之前他们又进行第二代选育——把杂交鼠与鹿鼠再进行杂交,结果发现了影响逃生隧道挖掘有关的基因。一些后代挖出的隧道更加短,而有一些则挖出长隧道。

 

随之研究人员进行了DNA分析,结果发现了三个遗传区域导致了挖洞长度的变化,还有第四个遗传区域影响了是否挖掘逃生隧道。由此研究人员认为挖掘复杂地洞的行为是由几个基因模块(genetic modules)决定的,每个模块调控着挖洞大小或形状的一个方面行为。

这些研究数据表明,复杂行为可能是随时间推移所积累的基因决定行为的组合形成的。Hoekstra表示,最终还需要将oldfield小鼠的基因插入到鹿鼠基因中去,才能得到确切答案。

作者: 2013-1-22
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