Hox基因及其进化机制的研究进展

Hox基因是生物体内一类重要的发育调控基因家族.Hox基因高度保守,通常成簇存在,编码一类转录因子,在个体胚胎发育中起着重要的调控作用.近期研究表明,基因复制、基因序列变异及选择压力对Hox基因簇的产生和进化有重要作用,同时调节元件和协同进化对Hox基因的进化也有重要影响.     

基于全基因组的龟鳖目Hox基因序列特征及进化分析

为对Hox基因在龟鳖目物种中进行系统地序列比较分析和进化研究，文章对目前具有染色体水平的龟鳖目基因组进行了Hox基因的鉴定,序列特征、进化和转录组分析。研究结果表明龟鳖物种的Hox基因簇是高度保守的。非重复序列的缺失导致鳖科HoxB9—HoxB13基因间区相对龟科短了10 kb。大量Hox基因编码区发生了鳖科或龟科特异的序列替换、插入和缺失。胸部骨骼发育相关的Hox基因在鳖科祖先发生了快速进化和受到正选择。Hox基因的表达具有组织、时期特异性,主要在胚胎时期的顶端外胚层嵴、背甲嵴和性腺表达。研究为龟鳖目Hox基因不同胚胎时期的多组学及表达调控分析提供了靶标,也为进一步厘清龟鳖物种演化创新提供了参考。     

家蚕Hox基因研究进展

Hox基因（homeobox genes）在昆虫躯体模式（body plan）的发育调控机制中扮演着重要角色,其表达具有严格的组织特异性和胚胎发育的程序性。家蚕Bombyx mori作为鳞翅目昆虫的代表,其Hox基因也陆续得到鉴定。在家蚕中存在一个拟复等位基因群--E群基因,其突变表型均与过剩斑纹和过剩附肢有关,这可能与Hox基因有着密切联系。家蚕全基因组测序完成后,发现其Hox基因簇中存在12个特有的homeobox基因（Bmshx1~Bmshx12）, 说明家蚕Hox基因可能具有独特的生物学意义。我们还利用家蚕基因芯片数据分析了Bmlab与Bmpb基因的组织表达特征。通过对家蚕Hox基因的研究,探索家蚕躯体模式建立机制,可望为解析其他鳞翅目昆虫的躯体模式的建立机制提供理论依据。本文就家蚕Hox基因的表达、功能及其与E群突变的关系等方面进行了综述。     

利用脉冲电场凝胶电泳测定小鼠CK-4、Hox3.1和Hox3.3基因间的距离

利用脉冲电场凝胶电泳(PFGE,Pulse Field Gel Electrophoresis)和Southern印迹杂交,测定了小鼠第15染色体上Ⅱ型细胞角蛋白CK-4基因与含同源区序列的Hox 3.3基因之间的最大距离为130kb。Hox 3.3和Hox 3.1基因之间的距离不超过50kb。同时还确定了这三个基因所在的1100kb DNA片段上MluⅠ、NotⅠ、SacⅡ、SolⅠ和SfiⅠ五种限制酶的物理图。     

Hox基因及其在海胆中的研究进展

Hox(homeobox genes)基因是存在于染色体上的一段高度保守序列,其蛋白产物作为转录因子也是高度保守的。这些基因调节胚胎发育,尤其在脊椎动物前-后轴(antero-posterior axis)的发育过程中起着重要作用,并指导脊椎动物的体型形成。海胆是海洋中一类比较常见的无脊椎动物和主要的海水养殖动物,它的Hox基因对它动-植物轴(animal-vegetalaxis)的形成有调控作用,并对进化研究和养殖生产具有重要意义。综述了近年来Hox基因在海胆中的研究进展。     

应用PRINS技术定位黄鳝Hox基因的研究

Hox基因是近年来发现的支持基因组复制进化理论的最有力的证据。该研究应用引物原位延伸 (PRINS)技术 ,在黄鳝有丝分裂染色体标本上开展Hox基因的定位研究。研究结果表明 ,在黄鳝染色体组中可能存在有 6个Hox基因簇 ,这些基因簇分别位于黄鳝第 1、2、3、6、8和 10号染色体 ,相对着丝粒距离分别为 2 8 2 4± 2 88、4 5 5±1 39、13 89± 2 0 3、74 32± 1.86、38 0 3± 2 .4 1和 5 8 18± 2 0 5。该研究定位黄鳝Hox基因将有助于挖掘黄鳝染色体的来源和进化特征 ,并为基因组复制进化理论提供黄鳝这一特化物种的细胞遗传学证据。     

基因倍增和脊椎动物起源

有机体基因复制导致基因复杂性增加及其和脊椎动物起源的关系已经成为进化生物学研究的热点。20世纪70年代由Ohno提出后经Holland等修正的原始脊索动物经两轮基因组复制产生脊椎动物的假设目前已被广泛接受。脊椎动物起源和进化过程中发生过两轮基因组复制的主要证据有三点：（1）据估计脊椎动物基因组内编码基因数目大约相当于果蝇、海鞘等无脊椎动物的4倍;原口动物如果蝇和后口动物如头索动物文昌鱼的基因组大都只有单拷贝的基因,而脊椎动物的基因组则通常有4个同属于一个家族的基因。（2）无脊椎动物如节肢动物、海胆和头索动物文昌鱼都只有一个Hox基因簇,而脊椎动物除鱼类外,有7个具有Hox基因簇,其余都具有4个Hox基因簇。（3）基因作图证明,不但在鱼类和哺乳动物染色体广大片段上基因顺序相似,而且有证据显示哺乳动物基因组不同染色体之间存在相似性。据认为第一次基因倍增发生在脊椎动物与头索动物分开之后,第二次基因倍增发生在有颌类脊椎动物和无颌类脊椎动物分开以后。但是,基因是逐个发生倍增,还是通过基因组内某些DNA片段抑或整个基因组的加倍而实现的,目前还颇有争议。     

PcG蛋白复合体对Hox基因调节的研究

PcG蛋白广泛参与到生长、发育、增殖、分化以及肿瘤发生等重要过程.而目前为止对PcG蛋白的靶基因研究最透彻的就是Hox家族. Hox基因存在于一个高度保守的基因簇内,在调控维持正常发育及肿瘤发生中有重要作用.一般认为,PcG蛋白复合物对Hox基因进行以组蛋白表观修饰为主的沉默作用,指导Hox基因适时适地发挥功能. 同时,这个过程还需要DNA连接蛋白、ncRNA等分子的辅助.本文对Hox基因和PcG蛋白的组成和功能进行介绍,并重点归纳总结了对二者关系的经典和最新认识.     

Hox基因在中枢神经系统中作用的研究进展

同源异型盒基因(homeobox genes,Hox)在进化上是保守的,在调节胚胎发育,尤其在脊椎动物前–后轴(antero-posterior axis)的发育及肢体发育中起着重要作用。最近研究表明,Hox基因通过与之相关的辅助因子调节中枢神经系统(central nervous system,CNS)以及神经环路的发育。该文主要对Hox基因调控中枢神经系统发育的作用及机制进行综述。