精心培育的柠檬霜壁虎,患上了皮肤癌……( 二 )


好在还有一个人 , 回复邮件十分热情 , 表示愿意提供帮助 , 且允许郭和团队从壁虎身上提取DNA , 这个人就是史蒂夫 。
回想起当时的故事 , 郭龙华很是感慨 。 在他眼中 , 史蒂夫不只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 , 郭龙华十分惊喜 , 他马上给史蒂夫打了电话 。 在电话中 , 史蒂夫说起了自己的宝贝柠檬霜 , 希望郭能帮忙研究一下柠檬霜的肿瘤问题 。
两个多小时的交流之后 , 郭龙华决定:就如史蒂夫所说 , 进行柠檬霜皮肤肿瘤背后的遗传学研究 。
精心培育的柠檬霜壁虎,患上了皮肤癌……
文章图片
2017年9月 , 郭龙华给史蒂夫发的第一封邮件|图源受访者提供
史蒂夫为郭龙华的团队提供了500只珍贵的柠檬霜 , 这是一份大量的遗传学样本 。 要知道 , 人工繁育的壁虎并不便宜 , 花色好看的一只能卖上千美元 , 若按当时史蒂夫买小霜霜的价格算 , 这份“礼物”价值500万美元!
此外 , 在研究过程中 , 史蒂夫还向郭龙华分享了他这20年来繁育不同壁虎的所有记录和遗传学内容 。
万事俱备 , 郭龙华和团队开始了对柠檬霜的观察和研究 。
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虽然复杂 , 但背后的意义却是重大的——不仅能帮助史蒂夫解决柠檬霜的致病原因 , 还可能对鉴定人类遗传疾病的突变产生借鉴意义 。
不同于实验室常见的果蝇、线虫等模型动物 , 壁虎并不能在几天或者几周的时间里产生上百个后代 , 它们的家系结构和人类社会有更多的相似之处 。 基因组和人类也是差不多大 , 所以获得遗传信息的方法学也可以相互借鉴 。
一开始 , 郭龙华肯定了柠檬霜皮肤出现白色肿瘤的现象是基因突变 。 根据史蒂夫提供的繁育所得的遗传学相关数据 , 他认为这应该是一个单一突变 。 “这是一个新的、自然发生的突变 。 来自于一个受精事件 , 刚发生几年的时间 , 且符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 , 主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教授 。
研究团队切下柠檬霜的尾巴 , 或用棉签擦拭其脸颊内侧 , 获取了DNA样本后 , 开始进行基因组测序 。
为了能够用少量的经费获得大量样品的遗传信息 , 他们使用限制性位点相关DNA测序技术(RAD-Seq)对188只柠檬霜进行了基因测序分析 , 包括33只超级柠檬霜(纯合子柠檬霜的杂交后代 , 具有突出的颜色表型和增厚的皮肤)、116只普通柠檬霜和39只野生型柠檬霜个体 。 他们共鉴定了14857个SNPs(即单核苷酸多态性 , 广泛存在于基因组中 , 由单个核苷酸的变异所引起的DNA序列多态性) 。 这一万多个位点 , 就像路牌一样标记着整个基因组序列 , 方便后续的分析 。
随后 , 团队对这些“路牌”进行了全基因组关联分析(Genome-wideassociationstudies,GWAS)——这是鉴定人类遗传疾病的常用方法 , 能全基因组范围内找出存在的序列变异 , 通过统计学分析筛选出与疾病相关的单核苷酸突变位点 。
在分析完柠檬霜的基因组之后 , 郭龙华团队大概找出了几十个可能跟柠檬霜突变体中白色斑点和肿瘤生长相关的基因位点 。 他们随后分析了染色体进化的信息 , 发现这些位点大部分都在染色体的同一个区域 。
为了找出更为关键的位点 , 他们把更多的样本按照表型分类后(超级柠檬霜、普通柠檬霜和野生型) , 把每一类样本的DNA混合在一起进行了全基因组测序 。 这可以帮助他们检测在已鉴定区域内可能遗漏的突变 , 和分析突变的分布频率 。 最后他们终于找出了柠檬霜患病的罪魁祸首:一个名为SPINT1的基因突变 。 这个基因同时控制柠檬霜的皮肤颜色和肿瘤 , 与郭龙华和导师最初的猜想是一致的 。
精心培育的柠檬霜壁虎,患上了皮肤癌……
文章图片
柠檬霜突变体的肿瘤生长和转移 。 A:从左到右分别为野生型柠檬霜(+/+)、普通柠檬霜(lf/+)和超级柠檬霜(lf/lf);B:发生突变的柠檬霜个体的腹侧皮肤肿瘤;C:厚层白色肿瘤细胞(lf/lf)与正常白细胞(+/+);D:柠檬霜突变个体中肝脏和口腔中的白色肿瘤细胞|图源[2]
具体来说 , 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 。 这些细胞是白色的 , 当皮肤中的白色背景变得厚重 , 柠檬霜的柠檬色就会显得鲜艳明亮 , 但皮肤肿瘤也会随之而来了 。