带着皮肤肿瘤的柠檬霜 | credit: Longhua Guo, Steve Sykes
编者案
科学的发现良多时候源起于偶尔和不测。本文讲述了一位遗传学家和一位宠物 估客 相遇后得出不测新发现的故事， 遗传学家完成了尝试室的课题， 宠物 估客 也搞清晰了本身心中的疑问。
撰文 | 王雨丹
责编 | 陈晓雪
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壁虎和人体皮肤癌之间， 有什么关系？
6月24日， 一篇颁发于PLOS Genetics的论文指出， 与人体黑色素瘤亲近相关的基因SPINT1， 在壁虎体内突变后也能让其患上皮肤癌， 那一发现为研究人体皮肤癌供给了一种新的模子动物。
论文的第一做者郭龙华（Longhua Guo）是加州大学洛杉矶分校（UCLA）做遗传学的博后， 而论文的尝试样本， 恰是一群色彩明丽的心爱壁虎。
关于那一发现， 郭龙华暗示， 一切都是一个不测。
苦命 柠檬霜
故事要从一位名叫史蒂夫·赛克斯（Steve Sykes）的壁虎 估客 说起。
史蒂夫可不是那种走街串巷叫卖壁虎的小商贩， 事实上， 他是全美更大的壁虎繁育者， 有本身的公司和团队， 处置壁虎繁育工做已20余年。从最后的兴趣喜好起头， 他将繁育壁虎开展成一个能够养家糊口， 而且供给十多个工做岗位的事业。
豹纹守宫（Eublepharis macularius）原产于中东和南亚， 是一种性格温顺、色彩奇异的壁虎品种， 近年来越来越遭到宠物喜好者（尤其是青少年）的喜欢， 现今市道上贩售的几乎都是人工繁育而不是野生捕获的个别[1]。
按照皮肤颜色和斑纹的差别， 豹纹守宫分为良多品种， 史蒂夫最喜好的一个品种， 有着黄白相间的皮肤和黑色的黑点， 它有一个好听的名字：柠檬霜（Lemon Frost）。
体色、斑纹各别的豹纹守宫， A为野生型的豹纹守宫 | credit: Longhua Guo, Steve Sykes
史蒂夫第一次见到柠檬霜， 是在2015年的一场拍卖会上。
通俗豹纹守宫的柠檬霜突变体， A为野生型， B为野生型布景下的柠檬霜；D为狂风雪（豹纹守宫的一个品种）， E是狂风雪布景下的柠檬霜 | 图源[2]
2012 年， 佛罗里达的一家壁虎公司第一次繁育出标致的柠檬霜， 2015年， 他们选了一公一母两只柠檬霜壁虎停止拍卖——小霜霜先生和霜密斯（Mr. and Ms. Frosty）。史蒂夫一眼就相中了那两只标致的小家伙， 为此一掷令媛， 用每只1万美圆的价格将它们买了下来。
随后， 史蒂夫操纵小霜霜和其他雌性豹纹守宫杂交， 培育出了许多新的柠檬霜。那些黄黄软软的小动物深得史蒂夫的喜欢， 他将它们细心地呵护起来。
但很快， 他发现工作不合错误劲：
许多柠檬霜的皮肤长出了白色的肿瘤， 此中一些个别的肿瘤越长越大， 使它们动作困难， 以至肿瘤分裂形成传染。
看着精心培育的壁虎一批批患上皮肤肿瘤， 史蒂夫起头慌了， 他很想搞清晰， 到底是什么原因使得那些柠檬霜遭此横祸？柠檬霜的肿瘤和它诱人的颜色之间有无关系？
无巧不成书。就在那个时候， 他收到了一个奥秘人发来的邮件， 发件人希望他供给数量足够多的壁虎， 以此来支持他们的科学研究。
发那封邮件的人， 恰是郭龙华。
正为柠檬霜患皮肤肿瘤而一筹莫展的史蒂夫， 收到邮件后欣然应允， 他暗示， 本身不单能够为郭的科学研究供给壁虎样本， 并且不收费！ 但他有一个前提：希望郭及所在的团队能帮手研究一下， 他的那些宝物柠檬霜到底是怎么回事。
500万美金的遗传样本
日历翻回到2017年， 彼时的郭龙华正在UCLA做遗传学博后， 他的导师莱昂尼德·克鲁格利亚克（Leonid Kruglyak）是霍华德休斯医学研究所研究员、加州大学洛杉矶分校遗传学家。郭龙华本人也是个壁虎喜好者， 他对豹纹守宫很感兴趣， 一起头他想做点有趣的工具， 好比：豹纹守宫皮肤颜色和图案背后的遗传学原理。
要做研究， 得有足够的样本， 郭龙华起头在网上寻找能供给大量豹纹守宫的人或单元。他搜刮了十几个做壁虎繁育的人， 然后挨个给那些人打德律风、发邮件。表白来意后， 有三小我给了他回复， 暗示愿意供给壁虎撑持他做研究， 但此中两小我都不让他从壁虎身上提取DNA。
不让提取DNA， 那还怎么研究遗传学的工具？
好在还有一小我， 回复邮件非常热情， 暗示愿意供给帮忙， 且允许郭和团队从壁虎身上提取DNA， 那小我就是史蒂夫。
回想起其时的故事， 郭龙华很是慨叹。在他眼中， 史蒂夫不但是一个繁育和售卖壁虎的商人， 更是一个对科学充满热情的研究者。
收到邮件回复后， 郭龙华非常欣喜， 他马上给史蒂夫打了德律风。在德律风中， 史蒂夫说起了本身的宝物柠檬霜， 希望郭能帮手研究一下柠檬霜的肿瘤问题。
两个多小时的交换之后， 郭龙华决定：就如史蒂夫所说， 停止柠檬霜皮肤肿瘤背后的遗传学研究。
2017年9月， 郭龙华给史蒂夫发的第一封邮件 | 图源受访者供给
史蒂夫为郭龙华的团队供给了500只珍贵的柠檬霜， 那是一份大量的遗传学样本。要晓得， 人工繁育的壁虎其实不廉价， 花色都雅的一只能卖上千美圆， 若按其时史蒂夫买小霜霜的价格算， 那份 礼品 价值500万美圆！
此外， 在研究过程中， 史蒂夫还向郭龙华分享了他那20年来繁育差别壁虎的所有记录和遗传学内容。
万事俱备， 郭龙华和团队起头了对柠檬霜的察看和研究。
找到了！ 是SPINT1
寻找一个表型背后的遗传突变， 是一个很磨人的过程。
在郭龙华看来， 团队关于壁虎的研究固然复杂， 但背后的意义却是严重的——不只能帮忙史蒂夫处理柠檬霜的致病原因， 还可能对判定人类遗传疾病的突变产生借鉴意义。
差别于尝试室常见的果蝇、线虫等模子动物， 壁虎其实不能在几天或者几周的时间里产生上百个后代， 它们的家系构造和人类社会有更多的类似之处。基因组和人类也是差不多大， 所以获得遗传信息的办法学也能够彼此借鉴。
一起头， 郭龙华必定了柠檬霜皮肤呈现白色肿瘤的现象是基因突变。按照史蒂夫供给的繁育所得的遗传学相关数据， 他认为那应该是一个单一突变。那是一个新的、天然发作的突变。来自于一个受精事务， 刚发作几年的时间， 且契合孟德尔的遗传学规律， 所以我们觉得不会是多个突变。
郭龙华的研究团队人不多， 次要成员除了他和导师莱昂尼德， 还有一位统计学家、两名本科生和两位兽医学传授。
研究团队切下柠檬霜的尾巴， 或用棉签擦拭其面颊内侧， 获取了DNA样本后， 起头停止基因组测序。
为了可以用少量的经费获得大量样品的遗传信息， 他们利用限造性位点相关DNA测序手艺（RAD-Seq）对188只柠檬霜停止了基因测序阐发， 包罗33只超等柠檬霜（纯合子柠檬霜的杂交后代， 具有凸起的颜色表型和增厚的皮肤）、116只通俗柠檬霜和39只野生型柠檬霜个别。他们共判定了14857个SNPs（即单核苷酸多态性， 普遍存在于基因组中， 由单个核苷酸的变异所引起的DNA序列多态性）。那一万多个位点， 就像路牌一样标识表记标帜着整个基因组序列， 便利后续的阐发。
随后， 团队对那些 路牌 停止了全基因组联系关系阐发（Genome-wide association studies, GWAS）——那是判定人类遗传疾病的常用办法， 能全基因组范畴内找出存在的序列变异， 通过统计学阐发挑选出与疾病相关的单核苷酸突变位点。
在阐发完柠檬霜的基因组之后， 郭龙华团队大要找出了几十个可能跟柠檬霜突变体中白色黑点和肿瘤生长相关的基因位点。他们随后阐发了染色体进化的信息， 发现那些位点大部门都在染色体的统一个区域。
为了找出更为关键的位点， 他们把更多的样本根据表型分类后（超等柠檬霜、通俗柠檬霜和野生型）， 把每一类样本的DNA混合在一路停止了全基因组测序。那能够帮忙他们检测在已判定区域内可能遗漏的突变， 和阐发突变的散布频次。最初他们末于找出了柠檬霜患病的首恶祸首：一个名为SPINT1的基因突变。那个基因同时控造柠檬霜的皮肤颜色和肿瘤， 与郭龙华和导师最后的料想是一致的。
柠檬霜突变体的肿瘤生长和转移。A：从左到右别离为野生型柠檬霜（+/+）、通俗柠檬霜（lf/+）和超等柠檬霜（lf/lf）；B：发作突变的柠檬霜个别的腹侧皮肤肿瘤；C：厚层白色肿瘤细胞 ( lf / lf ) 与一般白细胞 (+/+)；D：柠檬霜突变个别中肝脏和口腔中的白色肿瘤细胞 | 图源[2]
详细来说， 突变的SPINT1基因可能引起了壁虎皮肤中虹膜细胞（iridophores）的过度增殖。那些细胞是白色的， 当皮肤中的白色布景变得厚重， 柠檬霜的柠檬色就会显得鲜艳亮堂， 但皮肤肿瘤也会随之而来了。
白色细胞增加的柠檬霜 |credit: Longhua Guo, Steve Sykes
在那里要解释一下虹膜细胞的概念。在生物体内， 产色细胞（Color-producing cells）构成生物体的颜色和图案：如黑色素细胞（melanocytes）会以化学体例产生色素， 虹膜细胞（iridophores）则通过造造晶体产生构造性颜色。虹膜细胞普遍存在于虫豸、鱼类、鸟类、两栖动物和爬虫类中， 差别类型的虹膜细胞会产生差别的颜色。变色龙和章鱼的假装色就来自于其对虹膜细胞的调控。
新的疾病模子
SPINT1基因而前已经被证明与人类的皮肤癌有关， 是一个与人类皮肤黑色素瘤有关的肿瘤按捺基因。固然良性黑色素瘤能够在早期发现后通过手术切除治愈， 但就目前而言， 恶性黑色素癌的5年存活率只要15-20%。
郭龙华告诉《常识分子》， 在此之前， 固然小鼠既是哺乳动物， 也是常见的模子动物， 但它并没有很好地复造人体黑色素瘤的表型：SPINT1那个基因能够在小鼠中按捺肿瘤的发作， 但是皮肤的表型并非黑色素瘤。并且若是不是在成体中诱导突变， SPINT1的缺失会招致小鼠胚胎的灭亡。在斑马鱼中的突变会引起皮肤细胞的增殖， 但也不是产色细胞瘤。用于研究人体黑色素瘤的斑马鱼SPINT1基因突变模子需要额外引入HRAS突变或者移植黑色素瘤细胞。
而关于柠檬霜壁虎的新发现， 则为人体黑色素瘤的研究增加了新的模子动物， 将来可能会开拓一条人体黑色素瘤新的研究道路。
固然柠檬霜的表型是在虹膜细胞， 但是虹膜细胞和黑色素细胞等产色细胞都来自统一群胚胎细胞。斑马鱼中的研究表白虹膜细胞和小鼠黑色素细胞的良多调控基因都是一致的。 郭龙华说。
此外， 做为鸟类和哺乳类动物的近亲， 壁虎、蛇等有鳞类动物（squamates）在许多重要的生物学特征上表示出普遍的变异， 包罗肤色、排泄毒液和再生等， 因为缺乏基因组东西， 研究人员们很少对有鳞类动物停止遗传学研究。固然许多人在良多年前就做了爬虫类某一表型背后遗传规律的逃踪工做， 但是没有人可以判定出某一特定表型背后的遗传学调控的基因。郭龙华暗示， 我们的工做将爬虫类带入了现代遗传学的时代。
从2017年起头， 郭龙华和团队用了一年多的时间来搜集柠檬霜的DNA样本， 用一年多的时间停止基因测序和阐发， 最初用了一年多时间整理成文。
郭龙华说， 柠檬霜的故事虽是 一个不测， 内容也很有趣， 但仍是需要投入大量的时间和精神才气看到产出， 他很高兴那个曾经的 side project（副课题）可以胜利完成。
柠檬霜和SPINT1基因的研究已经暂告一段落了。现在， 郭龙华和团队已经起头了壁虎其他几个表型的新研究， 他也在期盼着可以成立本身独立的尝试室， 将来会继续努力于用遗传学和基因组学研究有趣的科学问题—— 遗传学的益处是你能够研究任何你喜好的生物学问题， 得到有时令人完全不测的发现。
而壁虎 估客 史蒂夫， 在研究完毕之后， 对其他所有发作SPINT1基因突变的柠檬霜都实现了安泰死， 并决定在科学研究彻底处理那一问题之前， 不再繁育新的柠檬霜， 不再因人类的欲望而让它们接受基因突变带来的痛苦。
参考材料：
1.https://zh.wikipedia.org/wiki/%E8%B1%B9%E7%B4%8B%E5%A3%81%E8%99%8E
2.https://journals.plos.org/plosgenetics/article?id=10.1371/journal.pgen.1009580
