「音速小子」基因路徑揭示羽毛演化之謎

分子訊號傳遞路徑是細胞內外訊息傳遞的重要系統。日內瓦大學的最新研究發現，抑制其中一種名為「音速小子」(Sonic Hedgehog, Shh)的基因路徑，會嚴重影響雞隻羽毛的發育，限制羽毛芽的生長、內陷和分支。

研究人員Cooper與Milinkovitch發現，在胚胎發育第9天(E9)靜脈注射Shh路徑抑制劑sonidegib後，皮膚上的Shh表現會暫時形成條紋狀而非斑點狀，並導致羽毛形態發生停滯，直到胚胎第14天(E14)都只能形成未分支且未內陷的羽毛芽，類似於原始羽毛的結構。

鳥類羽毛是極其複雜的附屬結構，其形態在不同物種、身體部位以及幼體與成體之間都存在顯著差異。長期以來，生物學家一直對這種形態多樣性的發育與演化機制深感興趣。

羽毛的形態複雜性使其成為研究胚胎模式形成的理想模型。其中，Shh路徑在羽毛生長和分支過程中扮演重要角色。然而，關於其在羽毛發育過程中的功能性體內證據仍相當有限。

為填補這一知識缺口，日內瓦大學研究團隊運用光片螢光顯微鏡成像技術，觀察胚胎羽毛的正常模式形成與形狀發育過程。他們在胚胎第9天進行精確的靜脈注射，以藥物抑制Shh路徑訊號傳遞。

研究結果顯示，這種處理方式暫時改變了Shh在皮膚上的表現模式，形成條紋狀而非斑點狀，並導致羽毛發育暫時停滯，直到胚胎第14天都只能形成未分支且未內陷的羽毛芽，類似於原始羽毛的結構。

雖然羽毛發育在後期部分恢復，但經sonidegib處理的孵化雞隻仍表現出皮膚表面裸露區域與受擾亂的毛囊。值得注意的是，這些毛囊在孵化後七週重新活化，顯示羽毛模式形成作為發育過程的穩健性。

這項研究為Shh路徑在雞隻羽毛發育中的角色提供了全面的功能性證據，支援了Shh訊號傳遞的改變促進了羽毛及其他皮膚附屬結構（如腳部鱗片）演化多樣性的觀點。

「由於Shh路徑在羽毛發育中扮演關鍵角色，我們想觀察當它被抑制時會發生什麼，」Cooper博士表示。「在胚胎發育第9天注射Shh訊號傳遞阻斷分子後，我們觀察到未分支且未內陷的羽毛芽形成，類似於原始羽毛的早期階段。」

「然而，從胚胎第14天開始，羽毛形態發生部分恢復。此外，雖然孵化的小雞出現皮膚裸露區域，但休眠的皮下毛囊會自主重新活化，最終產生具有正常羽毛的雞隻。」

Milinkovitch博士補充道：「我們的實驗顯示，雖然腳部鱗片發育的暫時擾動可能永久性地將其轉變為羽毛，但要永久性地破壞羽毛發育本身則困難得多。顯然，在演化過程中，基因互動作用的網路變得極為穩健，確保即使在顯著的基因或環境擾動下，羽毛仍能正常發育。」

「現在的挑戰在於理解基因互動作用如何演化，以允許原始羽毛等形態新穎性的出現。」

這項研究已發表於《PLoS Biology》期刊。

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R.L. Cooper & M.C. Milinkovitch. 2025. In vivo sonic hedgehog pathway antagonism temporarily results in ancestral proto-feather-like structures in the chicken. PLoS Biol 23 (3): e3003061; doi: 10.1371/journal.pbio.3003061