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。     

Hox 基因与昆虫体躯决定

本综述了Hox基因的组成与功能,及Hox基因决定昆虫形态进化的作用机制。     

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。     

Hox基因与昆虫翅的特化

自从1978年E.B. Lewis描述了著名的果蝇双胸突变体（bithorax）以来,大量的比较发育遗传学研究为我们揭示了形态进化的遗传基础,从而使形态进化研究进入了一个新的时代。同时,Hox基因的研究也成为这一领域的焦点。本文综述了昆虫翅的起源及其特化类群翅的发育遗传学研究的最新进展。一般认为,原始的有翅昆虫胸腹部多附肢（包括翅）; 之后不同的体节受到了不同Hox的抑制,形成两对翅以及前后翅的分化; Ubx的不同表达导致了前后翅的分化,并且Ubx负责识别后翅。我们选择翅特化最为显著的3个类群——鞘翅目（T2鞘翅）、双翅目（T3平衡棒）和捻翅目（T2平衡棒）,结合Hox的表达情况讨论了翅的特化机理。目前已知双翅目和鞘翅目的翅的控制模式存在巨大差异,两种模式的比较研究对于理解翅的形态进化具有重要的意义。但是对捻翅目昆虫的研究则很少。     

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。     

蓝藻Hox氢酶催化产氢的调控

蓝藻是唯一能通过光合作用产生清洁可再生燃料氢气的原核微生物。一些蓝藻具有催化产氢活性的镍-铁Hox氢酶(双向氢酶), 由于其巨大的应用潜力受到广泛的关注。但Hox氢酶在蓝藻产氢过程中调控途径尚不清楚。本文对蓝藻Hox氢酶的结构、生态分布和表达调控的研究进展进行了总结。简单介绍了作者近来对模式蓝藻Synechocystis sp. PCC 6803 hox操纵子中两个未知功能基因ssl2420和sll1225的研究结果。     

同源盒基因(Hox)与哺乳动物生殖

哺乳动物的同源盒基因（Hox）与果蝇的同源异形基因是同源基因,该基因编码的DNA片段含183碱基对,转录由61个氨基酸残基组成的蛋白质保守结构域,称同源异型域.Hox基因碱基顺序及在染色体中的位置都是高度保守的.Hox基因在体节结构分化等空间信息调控中起着重要作用,按特异的空间模式赋予每一体节其自身的特点.近年来的研究表明,Hox基因不但影响胚胎发育,而且与成体生殖系统分化有关,在着床期子宫接受态的建立及子宫蜕膜反应的发生等生殖过程中起着重要的调节作用.     

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。     

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.     

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。     

Animal Evolution: When Did the ‘Hox System’ Arise?

The origins of the Hox gene clusters and their coordinated activities during development have long been of considerable interest to biologists. In a recent paper in Current Biology, the Hox-like genes of two cnidarians are interpreted as evidence that the 'Hox system', sensu stricto, originated after the split from the lineage leading to bilaterian animals and that it was not requisite for complex axial patterning.     

HOM-C evolution in Drosophila: is there a need for Hox gene clustering?

The conservation of Homeotic (Hox) gene clustering and colinearity in many metazoans indicates that functional constraints operate on this genome organization. However, several studies have questioned its relevance in Drosophila. Here, we analyse the genomic organization of Hox and Hox-derived genes in 13 fruitfly species and the mosquito Anopheles gambiae. We found that at least seven different Homeotic complex (HOM-C) arrangements exist among Drosophila species, produced by three major splits, five microinversions and six gene transpositions. This dynamism contrasts with the stable organization of the complex in many other taxa. Although there is no evidence of an absolute requirement for Hox gene clustering in Drosophila, we found that strong functional constraints act on the individual genes.     

Do longevity assurance genes containing Hox domains regulate cell development via ceramide synthesis?

A gene family containing a longevity assurance gene (Lag1p) motif is described. Database searches revealed >40 members of this family of transmembrane proteins, two of which have recently been shown to regulate the synthesis of ceramide, a lipid second messenger involved in a variety of cellular processes. We speculate that other family members, some of which contain a Hox domain, may also be involved in the synthesis of specific ceramide pools, perhaps explaining the role of longevity assurance genes in regulating development.