美国国立卫生研究院-国家人类基因组研究所（NHGRI）领导的团队，用一个单一的进化事件解释了如今所有腊肠犬、柯基犬、巴塞特猎犬和至少16种其他狗的特征：短而弯曲的腿。报道除了揭示短腿狗特征之外，这一发现还为物种内部如何出现身体差异提供了新的线索，并提出了理解人类侏儒症的新方法。
发表在《科学》杂志的一项研究中，由NHGRI的伊莱恩·奥斯特兰德博士领导的研究人员检查了835只狗的DNA样本，其中包括95只短腿狗。他们对超过40，000个DNA变异标记的调查发现了短腿品种独有的遗传特征。通过后续的DNA测序和计算分析，研究人员确定狗不成比例的短肢可以追溯到犬基因组中的一个突变事件 ：DNA插入发生在家犬进化的早期。
“每个物种，包括犬类和人类，都在其基因组中携带着惊人的进化记录，”NHGRI科学主任Eric Green博士说，“这项工作提供了令人惊讶的证据，证明基因组进化可能有助于在物种内产生多样性。
具体来说，研究人员发现，与其他犬种相比，所有短腿犬种都有一个额外的基因拷贝，该基因编码一种称为成纤维细胞生长因子4（FGF4）的生长促进蛋白。虽然功能正常，但额外的基因缺乏DNA代码的某些部分，称为内含子，在正常基因中发现。这些特征使研究人员得出结论，额外的基因是一种所谓的逆转录基因，在现代犬种的祖先与狼分化后的一段时间内入到狗的基因组中。
要了解逆转录基因，首先需要了解细胞通常如何制造蛋白质。为了产生蛋白质，基因的DNA代码被转录成一种叫做信使RNA（mRNA）的分子。然后，mRNA离开细胞核并进入细胞的外部区域，称为细胞质。在那里，mRNA由微小的分子机器读取，称为核糖体，它们使用这些信息来组装蛋白质。
当mRNA遇到某种东西（通常是一种称为逆转录病毒的病毒）时，就会形成逆转录基因，这种病毒通过称为逆转录的过程将其变回DNA。这一新的DNA片段包含与产生mRNA的基因相同的蛋白质编码信息，然后可能入回基因组中，通常位于与原始基因大不相同的位置。根据插入的位置，这段DNA可能能够产生蛋白质，也可能不产生蛋白质。如果它是功能性的，它被称为逆行基因。
生长发育过程中，插入的逆转录基因导致FGF4蛋白的过量生产，研究人员假设这可能会在胎儿发育过程中的错误时间打开关键的生长受体。兽医研究人员已经知道，在某些狗品种中，由于生长板的钙化，长骨的发育受到限制，导致短腿具有弯曲的外观。这种特征被称为不成比例的侏儒症或软骨发育不良，美国养犬俱乐部对十几种家犬的标准，包括腊肠犬，柯基犬，北京犬和巴塞特猎犬，这种特征与玩具品种（如玩具贵宾犬）的均匀微型尺寸不同。
“我们的研究结果表明，逆行基因在进化中的作用可能比以前认为的要大，特别是作为物种内多样性的来源，”该研究的第一作者，NHGRI博士Heidi G. Parker说。“我们惊讶地发现，在物种进化过程中的某一时刻插入一个逆行基因，就可以产生如此戏剧性的身体特征，随着时间的推移而保守。
过去，逆转录基因被认为是助长物种分化变化的重要来源。然而，狗的发现是逆行基因的第一个例子，它刺激了单个物种内显著而持久的变异。
这些发现也可能对理解人类生物学和疾病产生影响。研究人员指出，有些人受到类似生长障碍的影响，称为软骨发育不良，属于一组通常被称为侏儒症的疾病。虽然大约三分之二的人类软骨发育不良病例与不同的基因有关，但另外三分之一的原因仍然是一个谜。
“这项研究指出了一种新基因，应该研究其在人类软骨发育不良中的可能作用，”该研究的资深作者，Ostrander博士说。“我们的发现可能对研究人类生长和发展的其他方面的科学家有价值。这项工作还强调了犬类研究对揭示可能与人类疾病相关的新生物学机制的价值。
资料来源：美国国立卫生研究院/国家人类基因组研究所