大多数猫身上都有着复杂且多样的斑纹。例如，自然环境中虎斑猫浓密、清晰、宽阔的斑纹，这有助于在丛林中隐藏自身，不引起注意与周围环境快速地融为一体。而家猫身上同样会有着复杂而神奇的颜色与斑纹，除纯白色猫品种之外，斑纹可能出现在所有品种的猫中。
图 | 带斑纹的猫
事实上，猫的身上可能会形成各种条纹和斑块色，且一只猫身上可能出现不止一种类型的斑纹。而且猫身上的斑纹也不是一成不变的，会受到年龄和环境状况的影响。斑纹不仅仅是一种外形上的特色，在一些猫的品种中，它也会成为不同个体外貌的识别特征之一。
但猫身上的斑纹究竟是如何出现的？是遗传还是变异？先天还是后天形成？许多人曾对此有过疑惑，但至今我们仍未找到答案。
而近日，美国哈森阿尔法生物技术研究院遗传学家 Gregory Barsh 团队在 bioRxiv 上发表了研究论文《猫颜色模式建立的发育遗传学》（Developmental Genetics of Color Pattern Establishment in Cats）。研究中，他们从猫颜色模式建立的发育遗传学角度，对猫毛色斑纹的形成做出了解释，并表示相关理论也可能适用于其他哺乳动物。
在此研究中，Barsh 团队将形态学和单细胞基因表达分析应用于家猫胎儿的皮肤，以确定何时、何地以及如何在胎儿发育过程中建立猫科动物的颜色模式。而在发育早期，他们发现在表皮厚度的条纹状改变前有一个基因表达预模式，由 Dickkopf 4 (Dkk4) 编码的分泌型 Wnt 抑制剂在这一过程中发挥了核心作用，并在具有滴答图案类型的猫中发生突变。
事实上，此前已有研究表明，遵循图灵模式的分子有助于触发老鼠毛囊的发育。但是哺乳动物的毛色是如何形成的，依然没有定论，因为老鼠和其他易于研究的实验室动物通常没有斑点或条纹。
而由于家猫的遗传和基因组基础结构的易得性，现有的组织样本的基因组和组织学研究基础，以及模式类型的多样性，家猫可以说是研究颜色模式及斑纹形成的有用模型。因此，Barsh 研究小组对准家猫，并追踪影响其毛色的分子激活剂和抑制剂特性。他们基于先前建立的 262 个主要毛囊斑的基因特征，比较了猫在颜色模式建立期间在基底角质形成细胞亚群中差异表达的基因与在小鼠毛囊斑和小泡间表皮之间差异表达的基因。
Barsh 研究小组将单细胞基因表达分析应用于胎猫皮肤，以研究模式建立的发育、分子和基因组基础。他们发现其中一个由 Dickkopf 4 编码的信号分子 (Dkk4) 是一种自然发生的突变，这种突变会影响斑纹模式，并在模式形成过程中发挥关键作用。美国罗得岛学院的发育生物学家 Larissa Patterson 表示，“我们看到 Wnt-Dkk4 信号再次发挥了关键的早期作用，这是值得注意的，尽管并不完全令人惊讶。”
Dkk4 是一种已知的 Wnt 信号抑制剂，在许多动物的发育过程中，其作用是帮助决定细胞命运和刺激细胞生长。而在家猫中，Wnt 和 Dkk4 分别是激活剂和抑制剂。经研究表明，在深色皮肤中，它们的数量大致相同，但在较浅的区域，快速移动的 Dkk4 蛋白很可能会关闭 Wnt，色素由此停止产生，进而会产生条纹。
Barsh 研究小组将单细胞基因表达分析应用于胎猫皮肤，以研究模式建立的发育、分子和基因组基础。他们发现其中一个由 Dickkopf 4 编码的信号分子 (Dkk4) 是一种自然发生的突变，这种突变会影响斑纹模式，并在模式形成过程中发挥关键作用。
这项研究结果从分子上理解了豹是如何获得斑点的，表明类似的机制是周期性的颜色模式和周期性的毛囊间隔，并为其他哺乳动物的不同模式变化确定了新的目标。
“这是一篇重要的论文，揭示了许多哺乳动物身上显著的毛色标记的部分遗传基础，” 罗斯林研究所的发育生物学家 Denis Headon 表示。该研究也让我们得以了解这些基因在发育过程中是如何运作的，并形成了所谓的 “高度适应性机制”，即该机制可对基因调整作出反应，产生从条纹到斑点等各种不同的皮毛图案。
“我们的工作为色彩图案的形成机制提供了基本的见解，并为更广泛地探索周期图案的生物学提供了平台。”Gregory Barsh 在论文中写到。
美国罗德岛学院发育生物学家 Patterson 也表示，“这篇论文对野生猫科动物毛发图案多样性的潜在机制提供了发人深思的见解，” 布里斯托尔大学 (University of Bristol) 的计算神经科学 Roland Baddeley 表示赞同，这 “大大增加了证据”，他表示这一过程在猫中起作用，而且很可能在其他哺乳动物中也起作用。
