Nature：同源异形基因的古老调控网

　　

生物通报道：如果高中时你没理解“个体发育重演种系发生”，现在也用不着去补课了。因为生物学家们已经不再认为，生物的胚胎发育是在重演其进化史。不过，胚胎依然是探索进化历程的一个重要窗口。九月十四日Nature杂志上发表的一项研究，通过比较胚胎的基因表达调控网络，解答了进化上的一个重要问题。

生物经过漫长的进化，获得独特的结构和功能。那么，这些结构的遗传学基础是什么时候形成的呢？

人们知道，同源异形基因Hox负责调控组织的形态，它们就像一把尺决定着特定结构的位置。举例来说，头部的形成就是Hox基因起作用的结果。

Stowers研究所的Robb Krumlauf博士带领研究团队，对古老的无颌脊椎动物海七腮鳗（Petromyzon marinus）进行了研究。他们发现，海七腮鳗Hox基因的表达模式类似于有颌脊椎动物，而有颌脊椎动物（包括鱼、小鼠、人类等）的进化实际上要晚很多。这意味着，形成有颌脊椎动物所需的遗传学程序，早在这些动物出现之前就已经存在了。

研究人员在Hox基因旁边构建了一个特殊的报告基因体系，将Hox基因活性与荧光标签关联起来。他们将Hox报告基因插入有颌类鱼，结果这些基因在胚胎的后脑区域发出了如彩虹一般的条状荧光。

随后，研究人员将同样的报告基因插入了七鳃鳗。他们发现，七鳃鳗的胚胎有着与有颌类鱼相同的报告基因表达模式，后脑区域的荧光顺序完全一样。（Hox基因的排列顺序，与其作用顺序和作用位置相关。）

“这使我们感到非常惊讶，”文章的第一作者，Hugo Parker博士说。“这项研究告诉我们，控制后脑分节的基因调控网络，比有颌脊椎动物的出现要早得多。”（延伸阅读：Science最新颠覆性成果：神经系统的二次演化）

在小鼠和斑马鱼中，DNA结合蛋白会识别Hoxb3的一段DNA，进而启动这个基因。这段DNA发生突变的报告基因，在斑马鱼胚胎中不能发光（失活）。值得注意的是，这个突变报告基因在七鳃鳗胚胎里也同样失活，也就是说这段控制开关早就存在于七鳃鳗中。

“这项研究表明，控制后脑分节的调控回路早就存在于古代的脊椎动物中，” Bronner说。胚胎中基因表达的这种相似性令人惊讶，因为有颌脊椎动物与七鳃鳗的外表差异很大。

 

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A Hox regulatory network of hindbrain segmentation is conserved to the base of vertebrates