同源异形基因与中轴模式形成

集簇的同源异形基因（Hox基因）如何沿头尾轴分配区域特性，赋予每个体节独特的特征。

Definition

同源异形基因（Hox基因）是同源框（homeobox）转录因子基因的一个保守家族，它们沿着身体前后轴分配区域特性；中轴模式形成（axial patterning）是指沿着该轴线在连续位置建立不同的特性。

Scope

本主题涵盖了同源异形基因（Hox基因）——即含有同源框的转录因子，它们沿着前后轴指定位置特性——包括它们在基因簇中的组织方式、基因组顺序与其作用区域之间的共线性、它们在动物中的深度保守性，以及由其突变引起的同源异形转化。

Core questions

• 同源异形基因如何赋予身体不同区域独特的特性？
• 为什么同源异形基因在染色体上的顺序与其在身体中的作用顺序相匹配？
• 当同源异形基因发生突变或异常表达时会发生什么？
• 同源异形基因在动物界中的保守程度如何？

Key concepts

• 同源框和同源结构域
• 同源异形基因簇
• 空间共线性
• 同源异形转化
• 动物间的保守性

Key theories

同源异形基因顺序与表达的共线性

同源异形基因以基因簇的形式排列，其顺序与它们模式化的身体区域顺序相同，因此基因簇一端的基因作用于身体前端，而另一端的基因作用于身体后端，这连接了基因组组织与空间部署。

Mechanisms

同源异形基因编码带有DNA结合同源结构域（homeodomain）的转录因子，这些转录因子调控一系列下游基因，从而决定身体区域的特征。它们以基因簇的形式排列在基因组中，其顺序与它们沿身体轴线模式化的区域顺序相对应，这种特性称为共线性（colinearity）。每个同源异形基因都在一个明确的区域表达，并且在一个区域中活跃的同源异形基因的组合决定了其特性。同源异形基因的缺失或异位表达会导致同源异形转化（homeotic transformation），即一个身体部位以另一个部位的特性发育。相同的基因簇，具有保守的同源框序列，模式化了从果蝇到哺乳动物等多种动物的轴线。

Clinical relevance

影响同源异形基因及其调控的突变与人类肢体和骨骼畸形有关，这些基因的保守性使得模式生物的研究结果具有直接相关性。本条目旨在提供教育信息，不提供临床指导。

History

Lewis对双胸复合体（bithorax complex）的分析揭示了控制果蝇体节特性的基因。后来发现共享的同源框序列表明这些基因属于一个在整个动物界都存在的保守家族，这改变了对身体结构演化（body-plan evolution）的理解。

Key figures

• Edward B. Lewis
• William McGinnis
• Walter Gehring

Seminal works

• lewis1978
• gilbert2016

Frequently asked questions

什么是同源异形转化？

这是一种身体某一部分以另一部分特性发育的变化——例如，果蝇在触角位置长出腿——由同源异形基因活性改变引起。

共线性对同源异形基因意味着什么？

它意味着基因在染色体上的顺序与它们模式化的身体区域的顺序相匹配，因此基因的排列方式反映了身体轴线。