為什麼人類與大猿沒有尾巴（tail）？

 

黑猩猩與長尾獼猴。圖片作者：ChatGPT

許多動物包括靈長類（primate）在內都有尾巴，但是大猿（猩猩、黑猩猩、巴諾布猿）卻沒有尾巴。當然人類也沒有（除了《百年孤寂》裡面的最後一個小孩以外）。

到底尾巴的有無是怎麼決定的，最近美國紐約大學的研究團隊解開了這個謎題。

首先，他們比較了20種靈長類與人類的基因，發現所有無尾靈長類動物的TBXT基因中都有一個共同的AluY插入，而有尾巴的靈長類則沒有這一插入。

TBXT基因（T-box transcription factor TBX6），是一種屬於T-box基因家族的轉錄因子。這個家族的成員通常參與調控胚胎發育過程中細胞的命運決定和組織的形成。TBXT基因在脊椎動物的胚胎發育中扮演著關鍵角色，特別是對於形成後軸（從頭到尾的身體結構）和脊椎。

AluY是一種Alu序列的亞類，屬於人類基因組中一種非常豐富的短散在重複序列（SINEs）。Alu序列大約長300鹼基對，分布在人類基因組中，總數超過100萬個。AluY是相對較新的Alu家族成員，具有在人類進化過程中最近活躍的特點。

研究團隊發現，AluY的插入導致了TBXT基因的替代性剪接（alternative splicing），從而產生了稱為「TBXTΔexon6亞型」的基因型。這種替代性剪接事件去除了基因的第6個外顯子，導致了與尾巴喪失相關的蛋白質結構變化。

當然，發現有AluY插入並不代表TBXT就是決定有無尾巴的關鍵，所以研究團隊利用了小鼠，在小鼠的TBXT基因中製造了TBXTΔexon6亞型。

結果發現，透過CRISPR技術生成的TbxtΔexon6/+異型合子小鼠展現了從無尾到長尾的多種尾巴形態，這證明了TBXT基因在尾巴發育中的關鍵作用。

而且尾巴的長度與TBXT基因的表現量有關。研究團隊發現，尾巴的長度與TBXT基因中TBXTΔexon6和全長TBXT轉錄本的相對豐度有關。當TBXTΔexon6轉錄本高於某個閾值時，會抑制尾巴的發育，導致無尾或短尾表型。相反，當全長TBXT轉錄本達到最小所需量時，則有助於尾巴的發育。這些結果顯示TBXT基因的不同表現模式的相對含量對於尾巴的長度和發育具有決定性作用。

但是令研究團隊感到驚訝的是，在小鼠中，TBXT基因第六個外顯子（exon 6）的完全移除會導致致命的結果，這顯示了TBXT基因在發育過程中的重要性。怎麼發現的呢？原來研究團隊想透過交配TbxtΔexon6/+的小鼠，來產生TbxtΔexon6/Δexon6，但是卻無法，這顯示了該基因剔除的致命後果。解剖在E11.5階段的胚胎顯示，同型合子要麼在大約E9階段停止發育，要麼發展出脊髓畸形，從而導致出生時死亡。值得注意的是，一個TbxtΔexon6/Δexon6的小鼠幼體死亡時展現了與人類脊柱裂（spina bifida）類似的神經管閉合缺陷。這些結果意味著，TBXTΔexon6的表達可能會導致神經管缺陷。

不過，人類卻是TbxtΔexon6/Δexon6的基因型，這也意味著人類的TBXT基因還是與小鼠在功能上有些不同。

總而言之，研究團隊發現，TBXT基因中的特定AluY插入事件與尾巴喪失有關。透過在小鼠模型中模擬這一遺傳變異，研究人員證明了含有此AluY插入的小鼠表現出尾巴缺失或縮短的表型。此外，這項研究還指出，尾巴喪失的進化可能伴隨著神經管缺陷風險的增加，這種風險在今天的人類健康中仍然存在。

參考文獻：

Xia, B., Zhang, W., Zhao, G. et al. On the genetic basis of tail-loss evolution in humans and apes. Nature 626, 1042–1048 (2024). https://doi.org/10.1038/s41586-024-07095-8