研究人员确定了Hox基因在非双侧对称动物中的功能

Stals医学研究所的研究人员打开了进化生物学的另一扇窗。他们发现，Hox基因是双侧对称动物身体形成的关键调节因子，也在控制小星海葵vectensis Nematostella vectensis的径向对称体图中起作用。

这些发现发表在2018年9月28日的《科学》杂志上，使研究人员能够更好地了解这些基因的祖先功能，掌握进化生物学的重要一步。

“海葵为我们提供了一个窗口，让我们了解Hox基因可能功能的古老过去，”领导这项研究的斯托斯调查员马修吉布森博士说。

Hox基因在双翅目中的作用已经得到很好的证实。这些是有头尾轴的动物，基本上左右对称，包括从人类到狗，从鱼到蜘蛛的所有动物。Hox基因控制着这些动物发育过程中不同部位的身份，并启动遗传程序形成各种身体结构，如四肢和器官。片段的同一性依赖于Hox基因——或在发育生物体的该区域表达的Hox编码。

虽然Hox基因已经在被称为棘皮动物的动物群中被识别，包括辐射对称的动物，如海葵、水母和珊瑚，但它们在棘皮动物的调节中的具体作用以前是未知的。

吉布森说：“我们从来没有关于Hox代码起源的地方的功能证据，以及在双子宫出现之前它是如何控制发育的。”“通过研究银莲花中Hox基因的功能，我们可以开始了解这些基因在我们古老的共同祖先(距今约6亿年)中可能扮演的角色。”

为了解决这个问题，研究人员破坏了银莲花体型模型中Anthox1a、Anthrox8、Anthrox6a和Gbx基因的功能。他们通过两种方式做到了这一点——他们通过短发夹RNA处理破坏了Hox基因的功能，还使用CRISPR-Cas9(一种基因编辑系统)将这些Hox基因从基因组中移除。

他们发现Hox基因功能的丧失或破坏导致了身体分割和触手图案的显著缺陷。变异的海葵只长出了两三根触角，而不是通常的四根。一些触须扩张并部分融合，而另一些则分叉。

“Hox基因的祖先角色既可以驱动细胞群体形成，又可以给予细胞群体识别，这是完全可能的，”Gibson说。“在现有的双胎子宫中，这些功能可能已经分离，所以Hox基因只能控制分段的身份。”

“这些发现揭示了发育中的刺胞动物中Hox码的存在，并为进化生物学家提供了Hox码进化过程的新见解，”Stowers医学研究所研究生院博士后研究员Shuonan He说。论文作者。“这些基因在它们的共同祖先分裂之前就已经存在于子宫和带刺动物体内，”他说。“现在我们可以观察更多的刺胞动物分支，以测试这些基因是否以类似的方式使用。”

吉布森说，这些发现也提供了进一步的证据，证明进化不一定会使遗传密码变得更复杂。“人们普遍认为，进化过程将不可避免地增加复杂性，但我们现在知道，在许多情况下，这根本不会发生，”他说。“我们古代动物祖先的复杂生物受存在于今天人类中的相同类型的基因调节。它们只是被用在了不同的地方。”

Stowers Institute的其他撰稿人包括Florencia de Viso博士、Cheng-陈熠、Amanda Kroesen和Aissam Ikmi博士，后者现在是海德堡EMBL的团队负责人。这项研究得到了斯托斯研究所的分子生物学设施、显微镜中心、爬行动物和水设施的协助。没有堪萨斯大学的Paulyn Cartwright博士、罗彻斯特大学的大卫兰伯特博士和Robb Krumlauf博士的大力合作，这项研究是不可能的。斯塔尔斯研究所。

这项工作是由斯托斯医学研究所资助的。

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