十天前，也就是2019年6月21日，也许是西北工业大学和西北农林科技大学值得纪念的日子。那天，《Science》 上破天荒的同时刊登了三篇来自中国西北地区的研究论文，均是以反刍动物为主题，以大规模基因组测序为手段，其中两篇以西北工业大学为第一通讯单位，一篇以西北农林科技大学为第一通讯单位。因为影响力的巨大，霸占了当期《Science》的封面，引发全国多家科研院校的热议，Science 还为其单独发表了题为'Resolving ruminants'的点评文章。
1. 反刍动物头带的遗传基础和快速鹿角再生
我们先从这篇文章说起，也是我最感兴趣的一篇。因为这项研究对肿瘤学带来了意外的启示。本文的第一成果单位为西北农林科技大学，第一作者为姜雨教授的博士生王禹，姜雨教授和西北工业大学王文教授、邱强教授为共同通讯作者，联合了国内外9家单位，题为“Genetic basis of ruminant headgear and rapid antler regeneration”。
反刍动物中，除了具有独特的瘤胃外，是现存唯一具有骨质角的动物类群，且不同科的反刍动物具有形态各异的角，可谓是动物进化史上器官形状创新的奇迹。
比如长颈鹿科（ossicones）的角由仅被皮肤和毛发覆盖的骨质突起组成；牛科的角也有一个骨质的核心，但被一个角质鞘所覆盖，终生生长，不分叉也不能再生；而鹿科动物的角则周期性脱落，每年再生一次，在生长阶段时被称为鹿茸。它的生发组织在鹿茸上方，所以会分叉生长。生长停止后，鹿茸会钙化为鹿角，也没有角鞘。部分有角下目的动物还会不长角，比如麝和獐子。” 尽管存在这种变化，但所有这些类型的头带（包括已灭绝物种）都具有共同的特征：它们的额颅位置和被外膜覆盖的骨芯。
头带物种的系统发育基因组
调控头带（颅骨附属物）发育和形成的原因是什么呢？头带是如何进化的？一次进化还是再次进化？
研究人员通过比较44种不同类型的反刍动物基因组和多达270个转录组，试图揭示反刍动物头带的进化，发育和组织学起源以及鹿角再生的遗传机制。
反刍动物头带的基因募集和细胞起源
本文的研究结果支持反刍动物角是单一的进化起源。首先，发现羊角和鹿茸具有相似的基因表达模式，其特异高表达的基因主要募集来自在骨、皮肤、脑和睾丸组织表达的基因。这些角组织特异高表达基因，连同一些快速进化基因都参与了神经脊干细胞迁移通路，从而从遗传学角度首次提出反刍动物的角具有相同的细胞起源——头部神经脊干细胞，为反刍动物角具有单一的进化起源提供了遗传学证据。
值得一提的是，鹿科，其犄角具有极快的生长速度。每年春季到夏季，新生长出的鹿角大约长为1~2米，而这就意味着平均一天就能增长1.7~2厘米，细胞分裂增殖速度甚至超过了癌组织的生长速度。
肿瘤发生和神经发生的途径参与快速鹿角再生
数据分析结果表明，在鹿角的生长中，多个原癌基因通路在鹿角组织被激活并发生遗传改变，可能在调控鹿茸快速再生过程中发挥重要作用，同时几个重要的抑癌基因也发生了鹿科特异的遗传改变，其可能强化了抑癌作用。也就是说：“鹿角的生长更像受控制的骨癌，而不是典型的骨骼”。
来自美国尤金俄勒冈大学的一位进化古生物学家爱德华戴维斯评论到：“鹿角的生长中促癌基因的参与并不令人惊讶，令人惊讶的抑癌基因也参与其中。与肿瘤生长不受抑制的骨癌相比，鹿角的生长受肿瘤抑制和肿瘤生长抑制基因活性的严格调控。”
也许正是因为抑癌基因的精准调控，才使得这种鹿科动物自身的癌症发生率较低，患病概率仅为其他物种的20%。“也许这是鹿角在进化过程中产生的一种快乐事故”。
这篇文章对未来进一步探索那些快速但受控的细胞生长的潜在机制提供了思路，而鹿是否可作为器官再生模型和癌症模型方面也将在未来具有重要的科学意义，为癌症治疗和预防提供新的思路和方法 。
总的来说，这篇文章的重要意义，就是从遗传学角度首次提出反刍动物的角具有相同的细胞起源——头部神经脊干细胞，其发育过程利用了基本相同的基因调控通路，为反刍动物角具有单一的进化起源和发生发育机制提供了证据。
下面，对另外两篇文章也进行简单介绍。
2. 大规模反刍动物基因组测序提供了对其进化和独特性状的见解
这篇文章对44种反刍动物的基因组进行了从头组装，跨越所有六个家族的36个属。结合五个先前发表的bovid基因组，两个已发表的cervid基因组，以及最近更新的化石信息，该研究构建了该组的时间校准系统发育树，分析了物种种群历史，并研究了这些物种基因组进化。
3. 北极鹿的生物适应性（封面文章）
本文发现了维生素D代谢途径中涉及的两个基因（CYP27B1和POR）在驯鹿中处于阳性选择状态；另外，该研究还确定了在脂肪代谢中发挥作用的基因，包括APOB和FASN。有趣的是，该研究还发现驯鹿CCND1基因上游的突变赋予雄激素受体额外的功能性结合基序，因此可能导致雌性鹿茸生长。总而言之，该研究结果揭示了北极鹿的广泛特征的遗传基础，并为理解哺乳动物对北极的适应性策略提供了基础。
参考文献
1. https://science.sciencemag.org/content/364/6446/eaav6335
2. https://science.sciencemag.org/content/364/6446/eaav6202
3. https://science.sciencemag.org/content/364/6446/eaav6312
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