科学家在《自然通讯》上发表的研究揭示了TGFBR1通过重塑其监管网络控制小鼠发育中生殖器发育的动态平衡，其中脊髓发育受TGFBR1调控。研究人员敲除了TGFBR1基因的小鼠胚胎，在正常肢体和额外后肢的关节之间出现了一种令人惊讶的现象——外生殖器表现为两个额外的后肢，共有6条肢体。这是对现代四足动物中后肢和外生殖器起源问题的一次新探索，即原始四肢与生殖器的共同祖先可能源于同一原始基元，经过漫长的进化过程产生显著的结构多样性适应物种环境需求并形成高效移动和交配方式。该发现突显了遗传调控在生物发育中的关键作用。
科学家揭示了TGFBR1通过重塑其监管网络调控小鼠生殖器发育的关键性作用
随着科学研究的发展，越来越多的证据表明，遗传调控在生物发育过程中起着至关重要的作用。最近的一项研究揭示了一个新的现象：通过敲除小鼠体内特定的TGFBR1基因，研究人员发现这种调控机制可以控制小鼠身体各个部位（包括脊髓）的发育和生长。这项研究不仅有助于理解现代四足动物中后肢和外生殖器起源问题，还为我们提供了一种全新的视角，指出原始四肢与生殖器的共同祖先可能源于同一原始基元，并在此基础上演化出了显著的结构多样性适应物种环境需求并形成了高效移动和交配方式。
在本次研究中，科研人员首先敲除了小鼠体内的TGFBR1基因，这是一项经典的人类基因工程干预方法，通常用于修复或改善某些疾病症状，如帕金森病、糖尿病等。实验结果表明，敲除后的小鼠发育出现了明显的改变。在常规性别比例的基础上，敲除TGFBR1的小鼠出现了不同于野生雌性和雄性的性别差异：外生殖器形态上的变异引起了前所未有的变化。
这些异常在外生殖器形态上集中体现在以下三个主要方面：首先，敲除TGFBR1的小鼠在原正常肢体与额外后肢的关节之间出现了两种截然不同的形态：正常的外生殖器仅具有两对前肢和一对后肢（6条肢体），而敲除TGFBR1的小鼠则表现出四个前肢和四个后肢的复杂结构。这些新的特征表征了TGFBR1在维持骨骼和软组织发育过程中的主导地位。其次，敲除TGFBR1的小鼠与野生雌性小鼠相比，左右两侧和下方外生殖器间距明显增大，使得小鼠体长和体重呈现显著的差异。这一差异不仅是由于原正常的肢体与额外后肢之间存在皮下脂肪的堆积，更是由于TGFBR1介导的软组织代谢活动和细胞分化程度发生变化所导致的结果。此外，敲除TGFBR1的小鼠在触觉敏感度方面也呈现出特殊性，表现在两侧的感觉神经末梢数目明显增加，这可能是由于骨质愈合、关节活动范围增加等因素的共同作用。
为了进一步探究敲除TGFBR1的影响，研究人员通过实验室小鼠模型进行了一系列实验。通过观察小鼠的骨骼生长、软组织发育以及感觉功能等方面的差异，研究人员揭示了敲除TGFBR1可能对生物多样性和功能性生育造成的重要影响。敲除TGFBR1的小鼠虽然具备正常的生理特点，但在一些关键的繁殖行为中，如交配和生殖期，它们的外生殖器仍然显示出后肢的数量异常。尽管存在后肢数量上的差异，敲除TGFBR1的小鼠却成功地进行了自我复制，表现出与野生雌性小鼠相当的生殖能力。
此发现不仅打破了我们先前认为脊髓发育依赖于母源基因和地理分布的观念，也为解释四足动物中后肢和外生殖器起源提供了全新的线索。结合已知的哺乳动物发展史和现有的生物演化理论，研究者推测敲除TGFBR1的小鼠可能是受到多种因素的影响，其中包括早期多胚体来源、长期野外生存环境的选择压力、长期近亲交配的影响等。这种跨物种的进化模式暗示了在长期演化过程中，小鼠很可能经历了从一个单一的原始遗传基础向多种个体特化的转变过程，同时保持了在骨骼发育和生殖器功能方面的基本稳定性。
总体来看，这个研究揭示了TGFBR1作为一组复杂信号分子在其直接或间接参与下的精确调控作用，特别是在骨骼和生殖器官发育过程中发挥着重要作用。这一新的研究成果为我们理解和预测生物多样性、繁殖行为、身体结构和功能等方面的问题提供了重要依据，也将为后续的科学研究和临床治疗提供新的思路和策略。未来，我们需要继续深入研究TGFBR1及其相关信号通路如何驱动生物多样性和适应性演化的历程，以便更好地理解生物进化的深层机制和生命科学的基础规律。
