大多數貓身上都有著複雜且多樣的斑紋。例如，自然環境中虎斑貓濃密、清晰、寬闊的斑紋，這有助於在叢林中隱藏自身，不引起注意與周圍環境快速地融為一體。而家貓身上同樣會有著複雜而神奇的顏色與斑紋，除純白色貓品種之外，斑紋可能出現在所有品種的貓中。

圖 | 帶斑紋的貓

事實上，貓的身上可能會形成各種條紋和斑塊色，且一隻貓身上可能出現不止一種型別的斑紋。而且貓身上的斑紋也不是一成不變的，會受到年齡和環境狀況的影響。斑紋不僅僅是一種外形上的特色，在一些貓的品種中，它也會成為不同個體外貌的識別特徵之一。

但貓身上的斑紋究竟是如何出現的？是遺傳還是變異？先天還是後天形成？許多人曾對此有過疑惑，但至今我們仍未找到答案。

而近日，美國哈森阿爾法生物技術研究院遺傳學家 Gregory Barsh 團隊在 bioRxiv 上發表了研究論文《貓顏色模式建立的發育遺傳學》（Developmental Genetics of Color Pattern Establishment in Cats）。研究中，他們從貓顏色模式建立的發育遺傳學角度，對貓毛色斑紋的形成做出瞭解釋，並表示相關理論也可能適用於其他哺乳動物。

在此研究中，Barsh 團隊將形態學和單細胞基因表達分析應用於家貓胎兒的面板，以確定何時、何地以及如何在胎兒發育過程中建立貓科動物的顏色模式。而在發育早期，他們發現在表皮厚度的條紋狀改變前有一個基因表達預模式，由 Dickkopf 4 (Dkk4) 編碼的分泌型 Wnt 抑制劑在這一過程中發揮了核心作用，並在具有滴答圖案型別的貓中發生突變。

事實上，此前已有研究表明，遵循圖靈模式的分子有助於觸發老鼠毛囊的發育。但是哺乳動物的毛色是如何形成的，依然沒有定論，因為老鼠和其他易於研究的實驗室動物通常沒有斑點或條紋。

而由於家貓的遺傳和基因組基礎結構的易得性，現有的組織樣本的基因組和組織學研究基礎，以及模式型別的多樣性，家貓可以說是研究顏色模式及斑紋形成的有用模型。因此，Barsh 研究小組對準家貓，並追蹤影響其毛色的分子啟用劑和抑制劑特性。他們基於先前建立的 262 個主要毛囊斑的基因特徵，比較了貓在顏色模式建立期間在基底角質形成細胞亞群中差異表達的基因與在小鼠毛囊斑和小泡間表皮之間差異表達的基因。

Barsh 研究小組將單細胞基因表達分析應用於胎貓面板，以研究模式建立的發育、分子和基因組基礎。他們發現其中一個由 Dickkopf 4 編碼的訊號分子 (Dkk4) 是一種自然發生的突變，這種突變會影響斑紋模式，並在模式形成過程中發揮關鍵作用。美國羅得島學院的發育生物學家 Larissa Patterson 表示，“我們看到 Wnt-Dkk4 訊號再次發揮了關鍵的早期作用，這是值得注意的，儘管並不完全令人驚訝。”

Dkk4 是一種已知的 Wnt 訊號抑制劑，在許多動物的發育過程中，其作用是幫助決定細胞命運和刺激細胞生長。而在家貓中，Wnt 和 Dkk4 分別是啟用劑和抑制劑。經研究表明，在深色面板中，它們的數量大致相同，但在較淺的區域，快速移動的 Dkk4 蛋白很可能會關閉 Wnt，色素由此停止產生，進而會產生條紋。

Barsh 研究小組將單細胞基因表達分析應用於胎貓面板，以研究模式建立的發育、分子和基因組基礎。他們發現其中一個由 Dickkopf 4 編碼的訊號分子 (Dkk4) 是一種自然發生的突變，這種突變會影響斑紋模式，並在模式形成過程中發揮關鍵作用。

這項研究結果從分子上理解了豹是如何獲得斑點的，表明類似的機制是週期性的顏色模式和週期性的毛囊間隔，併為其他哺乳動物的不同模式變化確定了新的目標。

“這是一篇重要的論文，揭示了許多哺乳動物身上顯著的毛色標記的部分遺傳基礎，” 羅斯林研究所的發育生物學家 Denis Headon 表示。該研究也讓我們得以瞭解這些基因在發育過程中是如何運作的，並形成了所謂的 “高度適應性機制”，即該機制可對基因調整作出反應，產生從條紋到斑點等各種不同的皮毛圖案。

“我們的工作為色彩圖案的形成機制提供了基本的見解，併為更廣泛地探索週期圖案的生物學提供了平臺。”Gregory Barsh 在論文中寫到。

美國羅德島學院發育生物學家 Patterson 也表示，“這篇論文對野生貓科動物毛髮圖案多樣性的潛在機制提供了發人深思的見解，” 布里斯托爾大學 (University of Bristol) 的計算神經科學 Roland Baddeley 表示贊同，這 “大大增加了證據”，他表示這一過程在貓中起作用，而且很可能在其他哺乳動物中也起作用。