为什么国宝大熊猫会有棕色的，是白化病吗？PNAS最新研究：揭开中国陕西秦岭棕白色大熊猫之谜

众所周知，大熊猫除了耳朵黑眼圈四肢是黑色，其余的地方均为白色。黑白相间的它们常常被人们调侃：大熊猫一生的终极梦想就是拍一张彩色照片。

当然，生活中的一切并不总是非黑即白，大熊猫也不是。终于！出现了特殊的大熊猫，实现了拍彩色照片的梦想。

1985年，人们在陕西佛坪自然保护区首次发现并救护了一只雌性棕色大熊猫“丹丹”。2009年，明星雄性棕色大熊猫“七仔”在幼年时于佛坪保护区被发现。迄今为止，有实体或照片的棕白相间大熊猫仅有七例，这些珍稀动物无一例外地发现于陕西省的秦岭山脉地区。

疑问随之而来，一直以来的黑白配色大熊猫，居然出现了别的颜色，而且这些彩色大熊猫均出现在陕西省的秦岭山脉地区，是这个地区有什么特别嘛？为什么这些彩色大熊猫有着与其他大熊猫如此不同的毛发颜色呢？

近日，中国科学院动物学研究所魏辅文院士等人在《美国国家科学院院刊》（PNAS）上发表文章[1]，揭示了彩色大熊猫不寻常的棕色毛发之谜——色素沉着相关基因Bace2中的25个碱基对的纯和缺失，最可能是导致棕白色大熊猫的遗传基础。

该研究为野生动物毛色变异的遗传基础提供了独特见解，也有助于指导稀有的棕白色大熊猫的科学育种。

黑色和棕色熊猫毛发的表型

为了研究黑色大熊猫与棕色大熊猫的毛发差异，研究人员采集了3只圈养黑熊猫和1只棕熊猫的毛发，并进行了细致的显微结构观察。显微镜观察结果显示，棕色毛发的黑素体明显少于黑色毛发。

研究人员进一步采用透射电镜分析高度着色毛发部位，发现黑色头发的黑素体在横切面上呈近圆形，在纵切面上呈细长的椭圆形。而棕色头发的黑素体在横切面和纵切面上都表现出较小的圆形/椭圆形或不规则形状，表明黑色毛发中的黑素体着色均匀，而棕色毛发的黑素体结构散乱，存在缺陷。

 图1：黑色和棕色熊猫毛发的表型

遗传模式与分子机制分析

研究人员探讨了棕色大熊猫背后的遗传模式，研究人员从35只熊猫新鲜粪便或血液样本中提取DNA，使用微卫星基因分型识别熊猫父系和母系，发现七仔的父母及后代均为黑白毛色，结合七仔和已知的丹丹家系，推断该棕色表型是由常染色体隐性遗传模式控制。

进一步，研究人员对测序熊猫进行了全基因组筛选和分析，采用三代测序技术、Bionano、Hi-C等测序技术对一只野生雄性大熊猫的基因组进行了从头组装，构建了其染色体水平的基因组。

最后，研究人员在常染色体上共检测到18147295个短变异和116636个结构变异，经过种群和家系水平的变异筛选，棕色大熊猫位于1号染色体上Bace2基因第一个外显子上的25bp纯合缺失突变最可能是其毛色变异的遗传基础。

图2：棕色熊猫家族三重奏和候选Bace2缺失突变

棕色熊猫Bace2基因缺失突变

为验证Bace2基因结构的完整性，以及25bp缺失是否在棕色大熊猫中真实存在，研究人员检查了所有测序个体在该区段的测序深度，并对黑色大熊猫和棕色大熊猫的毛发样本进行了RNA-seq分析，最终发现该缺失突变在棕色大熊猫中真实存在，在黑色熊猫中没有出现这一缺失突变。

为进一步探究该缺失突变与棕色变异之间的关联，研究团队对其它192只秦岭、非秦岭、或杂交的黑白大熊猫Bace2基因的该缺失变异区段进行PCR和Sanger测序,结合35只全基因组测序个体共227只大熊猫个体。

研究发现2只棕色大熊猫为25bp缺失突变纯合子，四只秦岭黑白色大熊猫和一只圈养黑白色大熊猫为杂合子，而其它黑白色大熊猫均为野生型纯合子。

值得注意的是，非秦岭个体中没有携带这种突变，这与观察到的棕色熊猫只出现在秦岭地区相吻合。

 图3：Bace2缺失突变

基因敲除小鼠验证Bace2缺失

为了验证Bace2缺失对毛色的影响，研究人员利用CRISPR-Cas9基因编辑技术在黑色C57BL/6J小鼠中去除熊猫Bace2基因缺失的同源序列，发现相比于野生型小鼠，突变小鼠的毛色均为浅棕色。

此外，相比于毛发生长期突变小鼠，毛发休止期突变小鼠的棕色毛发更浅，表明黑素体的丢失可能随着时间的推移而加剧。接着，研究人员采用透射电镜观察并统计小鼠单个细胞内的黑素体数量和截面积，结果发现突变小鼠黑素体数量和截面积显著减少，且黑素体在毛发休止期损失更大，这与突变小鼠毛发休止期的棕色皮毛更浅结论相对应。这些结果与在熊猫毛发样本中观察到的结果一致。

 图4：Bace2基因敲除小鼠的表型

综上所述，研究人员推断Bace2基因的25bp缺失最可能是导致大熊猫出现棕色毛色的原因。

小结

该研究首次揭示了全球罕见的棕色大熊猫的毛色变异由Bace2基因缺失突变导致，并通过减少黑素体数量和大小的方式使得原本的黑色毛发呈现棕色，为圈养繁育棕色大熊猫提供了关键的科学基础。

但这个突变基因究竟是如何导致棕色熊猫黑素体的大小和数量发生变化的，还需要进一步的深入研究。

参考文献：

[1] Guan D, Sun S, Song L, et al. Taking a color photo: A homozygous 25-bp deletion in Bace2 may cause brown-and-white coat color in giant pandas. Proc Natl Acad Sci U S A. 2024;121(11):e2317430121. doi:10.1073/pnas.2317430121