“橘猫”和“三花猫”的性别密码终于被发现了

即使你不知道加菲猫的名字，或者不想偷看它的尾巴，你也很容易猜出它是一只雄猫。大多数橙色的猫都是男孩，这是猫科动物基因的一个怪癖，也解释了为什么几乎所有的印花布猫和玳瑁猫都是女孩。

　　

即使你不知道加菲猫的名字，或者不想偷看它的尾巴，你也很容易猜出它是一只雄猫。大多数橙色的猫都是男孩，这是猫科动物基因的一个怪癖，也解释了为什么几乎所有的三花猫和玳瑁猫都是女孩。

科学家们对这些性别差异感到好奇，或者可能只是爱猫人士，他们花了60多年的时间来寻找导致橙色皮毛以及三花和玳瑁上引人注目的颜色拼凑的基因，但没有成功。现在，两个研究小组独立地发现了人们期待已久的突变，并发现了一种在任何动物身上从未见过的影响头发颜色的蛋白质。

“我完全相信这就是基因，我很高兴，”不列颠哥伦比亚大学的遗传学家Carolyn Brown说，她没有参与这两项研究。“我一直想知道这个问题的答案。”

长期以来，科学家们一直对玳瑁猫和三花猫着迷：它们是黑猫和橙猫的后代。这种杂交的多色猫几乎都是雌性，这表明使毛色变为橙色或黑色的基因变异位于X染色体上。这种杂交的雄性后代通常是单色的，因为它们只继承了父母一方的X染色体：例如，我们可以猜测，加菲猫的母亲是橙色的，因为它从她那里继承了唯一的X染色体。

但是母猫从父母身上继承了X染色体。细胞通常不需要两者，所以在胚胎发育过程中，每个细胞随机选择一个X来表达基因。另一条染色体卷成一个几乎不动的球——这种现象被称为X失活。因此，玳瑁猫最终会有不同的黑色和橙色皮毛，这取决于它们皮肤中哪一条染色体失活。三花猫将白色皮毛加入到混合物中，因为它们有第二种不相关的遗传机制，可以阻止某些细胞中色素的产生。

在包括人类在内的大多数哺乳动物中，红毛是由一种细胞表面蛋白Mc1r的突变引起的，这种蛋白决定了皮肤细胞黑素细胞是在皮肤或毛发中产生深色色素还是较浅的红黄色色素。使Mc1r活性降低的突变会导致黑素细胞“卡住”产生浅色色素。

但是编码Mc1r的基因似乎并不能解释猫的橙色皮毛是从哪里来的。它不在猫或任何其他物种的X染色体上，而且大多数橙色的猫没有Mc1r突变。斯坦福大学的遗传学家Greg Barsh说：“这一直是一个基因之谜，一个难题。”

为了解决这个问题，Barsh的团队从绝育诊所的猫身上收集了四个橙色和四个非橙色胎儿的皮肤样本。为了确定单个皮肤细胞如何表达基因，研究人员测量了每个黑素细胞产生的RNA的数量，并确定了它编码的基因。他们发现，橙色猫的黑色素细胞从一种名为Arhgap36的基因中产生的RNA是普通猫的13倍。该基因位于X染色体上，这使得研究小组认为他们掌握了橙色的关键。

但是，当研究人员观察橙色猫的Arhgap36基因序列时，他们没有发现编码Arhgap36蛋白的DNA中有任何突变。相反，他们发现橙色猫缺少附近的一段DNA，这段DNA不会影响蛋白质的氨基酸成分，但可能与调节细胞产生的氨基酸数量有关。Barsh的团队扫描了188只猫的基因组数据库，发现每一只橙猫、三花猫和玳瑁猫都有完全相同的突变。该小组本月在预印本服务器bioRxiv上报告了这一发现。

本月发表在bioRxiv上的另一项研究证实了这些发现。九州大学的发育生物学家Hiroyuki Sasaki和他的同事进行了类似的实验，发现日本的24只野猫和宠物猫以及从世界各地收集的258只猫的基因组中也存在同样的基因缺失。他们还发现，三花猫皮肤的橙色区域比棕色或黑色区域含有更多的Arghap36 RNA。此外，小鼠、猫和人类中的Arhgap36基因获得了化学修饰，使其在雌性的两条X染色体中的一条上沉默，Sasaki的研究小组记录了这一点，表明该基因受X失活的影响。

当Barsh和Sasaki得知他们各自的团队发现了相同的突变时，他们决定同时发布他们的预印本。（因为它们是预印本，所以两项研究都没有经过同行评审。）两组进一步发现，增加黑素细胞中Arhgap36的数量会激活一种分子途径，使细胞转换为产生浅红色色素，而不管MC1r是否活跃。

Barsh说，以前没有人知道Arhgap36会影响皮肤或头发的颜色——它涉及胚胎发育的许多方面，影响其全身功能的重大突变可能会杀死动物。但由于这种缺失突变似乎只影响黑素细胞中的Arhgap36功能，因此携带这种突变的猫不仅健康，而且很可爱。

Brown说，在花呢和玳瑁中，Arhgap36的失活模式是典型的X染色体上的基因，但不寻常的是，一个缺失突变会使一个基因更活跃，而不是更少。“猫可能有一些特别之处。”

专家们对这两项研究感到兴奋。“这是一个期待已久的基因，”密苏里大学的猫科动物遗传学家Leslie Lyons说。她说，头发颜色的新分子途径的发现是出乎意料的，但她并不惊讶于这种相互作用的复杂程度。“没有一个基因是独立存在的。”

Lyons想知道这种突变是何时何地首次出现的：她说，有一些证据表明，某些埃及猫的木乃伊是橙色的。她说，对猫的颜色的研究揭示了各种各样的现象，包括环境如何影响基因表达。“你需要知道的关于遗传学的一切都可以从你的猫身上学到。”