生物帮斯托尔斯医学研究所的研究人员打开了另一个进化生物学的窗口。他们发现，Hox基因是双侧对称动物体形成方式的关键调节因子，也起着控制小明星海葵Nematostella vectensis径向对称体型的作用。
这些发现发表在2018年9月28日的“科学”杂志上，使研究人员更好地了解这些基因的祖先功能，并掌握进化生物学中的重要一步。
“海葵为我们提供了一个了解Hox基因功能可能的古老过去的窗口，”领导这项研究的Stowers Investigator Matthew Gibson博士说。
Hox基因在双翅目动物中的作用已得到很好的证实。这些是具有头尾轴的动物，左右两侧基本对称，包括从人类到狗，从鱼到蜘蛛的所有东西。Hox基因在它们发育时控制这些动物的不同部分的身份，启动形成各种身体结构的遗传程序，例如肢体和器官。片段同一性取决于在发育中的生物体的那个区域中表达的Hox基因 - 或Hox代码。
虽然已经在被称为刺胞动物的动物组中鉴定出Hox基因，其包括像海葵，海蜇和珊瑚这样的径向对称动物，但它们在刺胞体计划调节中的特殊作用以前是未知的。
“我们从未有过关于Hox代码起源的地方的功能证据，以及它如何在双子宫出现之前控制开发，”Gibson说。“通过研究Hox基因在海葵中的功能，我们可以开始了解这些基因在我们古老的共同祖先中的可能作用，过去大约6亿年。”
为了解决这个问题，研究人员破坏了Anthox1a，Anthrox8，Anthrox6a和Gbx基因在海葵Nematostella vectensis体型模式中的功能。他们以两种方式做到了这一点 - 它们通过短发夹RNA处理破坏了Hox基因的功能，并且还使用CRISPR-Cas9(一种基因编辑系统)从基因组中去除了这些Hox基因。
他们发现Hox基因功能的丧失或破坏导致身体分割和触手图案的显着缺陷。突变海葵只发展了两到三个触手，而不是通常的四个。一些触手扩大并部分融合，其他触手分叉。
“完全有可能的是，Hox基因的祖先作用是驱动细胞群形成并赋予细胞群识别，”Gibson说。“在现存的双子宫中，这些功能可能已经分离，因此Hox基因只能控制分段身份。”
“这些研究结果揭示了Hox代码在发展中的cnidarian中的存在，为进化生物学家提供了对Hox代码进化过程的新见解，”Stowers医学研究所研究生院的博士后研究员Shuonan He说。该论文的作者。“这些基因已经存在于双子宫和刺胞动物从其共同祖先分裂之前就已存在，”他说。“现在我们可以看看更多的cnidarian分支，以测试这些基因是否以类似的方式使用。”
吉布森说，这些研究结果还提供了进一步的证据，证明进化不一定使基因代码更复杂。“有一种流行的观念认为，进化的过程会不可避免地向上增加复杂性和复杂性，但我们现在知道，在许多情况下根本不会发生这种情况，”他说。“我们古老的动物祖先的复杂生物受到当今人类中存在的相同类型基因的调节。它们只是以不同的方式使用。”
Stowers Institute的其他贡献者包括Florencia de Viso博士，陈成义，Amanda Kroesen和Aissam Ikmi博士，他现在是海德堡EMBL的团队负责人。该研究由Stowers Institute的分子生物学设施，显微镜中心和爬行动物和水上设施协助。如果没有与堪萨斯大学的Paulyn Cartwright博士，罗彻斯特大学的David Lambert博士和Robb Krumlauf博士的强有力合作，这项研究是不可能实现的。斯托尔斯研究所。
这项工作由Stowers医学研究所资助。
