NatureGenetics：打破原有觀點，發現四肢真正的起源

　　當我們想到第一條從原始水域爬到陸地上的魚時，很容易將它的那對魚鰭想象成最終演化為現代脊椎動物（包括人類）的手臂和腿部。但是來自芝加哥大學和西班牙Andalusian發育生物學研究中心的研究人員完成的一項最新研究表明，這些生物其實有自己原初遺傳圖譜來發育其原始肢體，即所有具有下頜的魚共同包含的單個背鰭。

　　這一研究成果公布在Nature Genetics雜志上，這一研究表明魚類，小鼠以及所有現代脊椎動物可能具有共同的遺傳元件，這些遺傳元件最初用于發育成古魚中不成對的背鰭。后來這些元件又被用來產生成對的體肢，如腹鰭和胸鰭，手臂和腿。

　　文章作者，芝加哥大學解剖學教授Neil Shubin博士說，“我們在化石記錄中看到的第一個是不成對的背鰭。而這項最新研究表明，所有鰭和其它附件的遺傳機制最初來自于這里，并且被重新應用到其它動物上。”

　　Shubin和他的同事在小鼠和幾種魚類中都進行了基因分析，追蹤Sonic hedgehog（Shh）基因的表達，Sonic hedgehog是一種具有廣泛基本生物學功能的基因，但在肢體的形成中尤其重要。

　　研究人員發現在小鼠中，一種稱為ZRS的遺傳增強子，或者稱為遺傳開關調控著Shh的表達。如果敲除小鼠中的ZRS，它的四肢將不能正常發育。

　　研究人員利用 CRISPR/Cas9基因編輯工具敲除了青鳉魚中的ZRS，這種小型觀賞魚類也被日本稻米魚。他們開始以為剔除青鳉魚的ZRS會影響其成對的魚鰭，但事實相反，青鳉魚無法發育的是沒有成對的魚鰭，成對了的腹鰭和胸鰭都能正常發育。

　　由此研究團隊開始尋找其中扮演角色的遺傳增強子，他們在附近發現了一個相關的“shadow enhancer（影子增強子，生物通譯）”，這個增強子似乎可以和主ZRS一起工作。

　　當研究人員在青鳉魚中敲除了ZRS和sZRS時，它的背鰭和成對的鰭都丟失了。這意味著ZRS最初可能用于幫助發育背鰭，然后當sZRS復制并作為sZRS重復使用時，成對的魚鰭在約4.75億年前首次出現。

　　“這是非常古老的，并且所有脊椎動物的序列和功能都是保守的，”Shubin說，“事實證明，ZRS的原始角色與背鰭有關，只是后來它在成對魚鰭上的活性需要其它的影子增強子。”

　　Shubin表示，了解這些增強子的活性有助于識別所有脊椎動物中存在的進化痕跡，Tiktaalik roseae就在2004年發現了3.75億年歷史的過渡性“fishapod”物種。

　　“一些人類的疾病是由于ZRS出現了錯誤，比如可能會導致額外或丟失手指，或改變手的形狀，”他說，“人類可能也有這種增強型影子增強子，所以如果我們想要研究這種影響肢體模式的動力學，這些魚類模型是一個很好的開端。”