王 師， 楊志輝， 李語(yǔ)麗， 程陶然， 劉平平， 米 雪， 包振民,3

(1.中國(guó)海洋大學(xué)海洋生命學(xué)院，海洋生物遺傳學(xué)與育種教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 青島 266003；2.海洋生物學(xué)與生物技術(shù)功能實(shí)驗(yàn)室，青島海洋科學(xué)與技術(shù)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室，山東 青島266237；3.海洋漁業(yè)科學(xué)與食物產(chǎn)出過(guò)程功能實(shí)驗(yàn)室，青島海洋科學(xué)與技術(shù)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室，山東 青島266237)

綜 述

Hox基因及其在軟體動(dòng)物中的研究進(jìn)展*

王 師1,2， 楊志輝1， 李語(yǔ)麗1， 程陶然1， 劉平平1， 米 雪1， 包振民1,3

(1.中國(guó)海洋大學(xué)海洋生命學(xué)院，海洋生物遺傳學(xué)與育種教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 青島 266003；2.海洋生物學(xué)與生物技術(shù)功能實(shí)驗(yàn)室，青島海洋科學(xué)與技術(shù)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室，山東 青島266237；3.海洋漁業(yè)科學(xué)與食物產(chǎn)出過(guò)程功能實(shí)驗(yàn)室，青島海洋科學(xué)與技術(shù)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室，山東 青島266237)

Hox基因是動(dòng)物基因組內(nèi)高度保守的一類轉(zhuǎn)錄因子，在動(dòng)物體軸形成中起著重要的作用，是一類重要的發(fā)育調(diào)控基因。動(dòng)物形態(tài)的進(jìn)化和多樣性與Hox基因數(shù)目、序列及其表達(dá)模式密切相關(guān)，Hox基因在模式生物系統(tǒng)中得到了廣泛的研究，但對(duì)于軟體動(dòng)物中Hox基因及其功能的了解還相對(duì)較少。軟體動(dòng)物具有高度的軀體結(jié)構(gòu)多樣性，研究軟體動(dòng)物的Hox基因及其功能對(duì)于理解和解釋其形態(tài)多樣性的產(chǎn)生具有重要意義。本文主要綜述了Hox基因的研究概況、軟體動(dòng)物中Hox基因的分布、功能及其最新研究進(jìn)展，以期為理解及深入研究軟體動(dòng)物的發(fā)育及其分子調(diào)控機(jī)制提供重要的參考。

Hox基因；軟體動(dòng)物；形態(tài)多樣性；發(fā)育

1 Hox基因研究概況

1.1Hox基因的結(jié)構(gòu)和功能

同源異型盒(Homeobox)最初被描述為一段保守的DNA模序，含有大約180個(gè)堿基并編碼大約60個(gè)氨基酸的同源異型結(jié)構(gòu)域(Homeodomian，HD)[1]。HD蛋白具有螺旋-轉(zhuǎn)角-螺旋(Helix-turn-helix，HTH)的超二級(jí)結(jié)構(gòu)。它的3個(gè)α-螺旋通過(guò)短環(huán)結(jié)構(gòu)相連，N-末端的2個(gè)螺旋反向平行，C-末端的螺旋則與前2個(gè)螺旋所在的軸相互垂直。C-末端的螺旋可通過(guò)氫鍵和疏水作用在DNA的大溝處發(fā)生結(jié)合反應(yīng)，N-末端則與DNA的小溝接觸起穩(wěn)定結(jié)合的作用[2](見(jiàn)圖1)。含有這樣的同源異型盒的基因被稱為同源異型盒基因(Homeobox gene)，大部分的同源異型盒基因能夠編碼一類轉(zhuǎn)錄因子，通過(guò)與特異序列的DNA結(jié)合和與蛋白輔因子的相互作用來(lái)調(diào)節(jié)其它基因的表達(dá)，從而影響細(xì)胞行為和活動(dòng)的改變。同源異形盒基因幾乎存在于所有的真核生物中，在動(dòng)物中同源異形盒基因分為11個(gè)組100多個(gè)家族，植物中分為10～14個(gè)組[3]。其中有幾類同源異型盒基因在染色體上成簇存在，并且高度保守，Hox基因就是其中最為大家熟知的一種。

Hox基因的發(fā)現(xiàn)最早始于Lewis[4]對(duì)果蠅同源異型突變(Homeotic mutation)的研究，果蠅中含有2組同源異型選擇基因：ANT-C(Antennapedia complex)和BX-C(Bithorax complex)。ANT-C基因簇包括labial(Lab)，proboscipedia(Pb)，Deformed(Dfd)，Sex combs reduced(Scr)，Antennapedia(Antp)；BX-C 基因簇包括Ultrabithorax(Ubx)，Abdominal-A (Abd-A)和Abdominal-B(Abd-B)等基因。Bürglin[1]將這2個(gè)基因簇合稱為同源異型基因復(fù)合物(Homeotic gene complex ，HOM-C)，在果蠅中含有1個(gè)這樣的基因簇，而在哺乳類動(dòng)物中含有4個(gè)這樣的基因簇，每個(gè)基因簇都位于不同的染色體上[5]。將具有高度序列相似性的Hox基因分為一組并稱作旁系同源組(Paralogy group, PG)。隨著對(duì)Hox基因的廣泛研究，許多不同門類的后生動(dòng)物的Hox基因得到了鑒定。1984年Carrascco等[6]從蟾蜍中分離得到了第一個(gè)脊椎動(dòng)物Hox基因，這是進(jìn)化發(fā)育生物學(xué)中一個(gè)里程碑式的發(fā)現(xiàn)。

(Exon1：外顯子1；Exon2：外顯子2；Intron：內(nèi)含子；DNA major groove：大溝；DNA minor groove：小溝；N terminal alpha helix：氮末端ɑ螺旋；C terminal alpha helix：碳末端ɑ螺旋)

Hox基因是生物體中一類重要的發(fā)育調(diào)控基因，它參與調(diào)控體軸[7]、肢體[8]和神經(jīng)系統(tǒng)[9]等的發(fā)育。胚胎發(fā)育時(shí)期，Hox基因的表達(dá)決定著特定區(qū)域細(xì)胞將來(lái)的發(fā)育命運(yùn)，例如發(fā)育成肢體或其他的身體結(jié)構(gòu)。在脊椎動(dòng)物肢體的發(fā)育過(guò)程中，HoxA、HoxD和HoxA/HoxD基因簇的的缺失會(huì)導(dǎo)致肢體的發(fā)育缺陷[8]。而HoxA和HoxD基因簇的同時(shí)缺失將導(dǎo)致嚴(yán)重的肢體發(fā)育缺陷，即肢體的發(fā)育在早期就會(huì)停滯[10]。

1.2Hox基因進(jìn)化假說(shuō)

Hox基因在動(dòng)物身體前后軸形成中起著關(guān)鍵性作用，根據(jù)Hox基因在基因簇上的位置以及它們沿體軸的表達(dá)位置，可將Hox基因分為4組：Anterior，Group3，Central和Posterior[11-13]。雖然Hox基因的起源還不確定，但原口動(dòng)物和后口動(dòng)物最后的共同祖先被認(rèn)為含有7～9個(gè)基因組成的單一Hox基因簇。原口動(dòng)物的幾個(gè)類群Hox基因簇?cái)U(kuò)張到8個(gè)或9個(gè)基因[14]，而脊索動(dòng)物則擴(kuò)張到14個(gè)基因[15]?；虼氐膹?fù)制以及部分基因的丟失形成了現(xiàn)在哺乳動(dòng)物中的39個(gè)Hox基因，并分布于4個(gè)基因簇中。

Hox基因簇的一個(gè)姐妹基因簇ParaHox基因簇由Brooke等[16]在文昌魚(yú)中發(fā)現(xiàn)并命名。ParaHox基因簇由Gsx，Xlox(Pdx)，和Cdx(cad)這3個(gè)基因組成。它們的序列與Hox基因相似，是Hox基因的旁系同源基因。雖然ParaHox基因簇在文昌魚(yú)中表現(xiàn)出保守性[16-17]，但保守性不如Hox基因簇高[1]。

Mendivil Ramos等[19]認(rèn)為在海綿動(dòng)物出現(xiàn)之前Hox/ParaHox基因已經(jīng)進(jìn)行了復(fù)制，因此所有現(xiàn)存的動(dòng)物的最后共同祖先擁有2個(gè)基因，即1個(gè)Hox基因和1個(gè)ParaHox基因。而對(duì)于雙側(cè)對(duì)稱動(dòng)物共同的祖先Hox基因簇即ProtoHox基因簇，Brooke[16]等則認(rèn)為ProtoHox基因簇由一個(gè)anterior基因和一個(gè)posterior組成(二基因模型)，它的復(fù)制產(chǎn)生了Hox和ParaHox基因。為了解釋基因簇的起源問(wèn)題，除了二基因模型，Garcia-Fernàndez[18]還討論了三基因模型(Anterior，Group3和Posterior)和四基因模型(Anterior，Group3，Central和Posterior)(見(jiàn)圖2)。

Hox基因和ParaHox基因都屬于ANTP基因家族(ANTPclass)，該基因家族還包括NK基因、NK-related基因、Dlx基因和其它基因。Garcia-Fernàndez[18]和 Holland[3]認(rèn)為ANTPclass最初可能以一個(gè)單一的基因簇形式存在，即ANTP-class Magacluster，在后生動(dòng)物進(jìn)化早期該基因簇中的基礎(chǔ)基因ANTP通過(guò)串聯(lián)重復(fù)產(chǎn)生了ProtoHox基因和NK基因。

1.3Hox基因的表達(dá)特性

1.3.1 時(shí)空共線性Hox基因的表達(dá)遵循空間共線性[20]，Hox基因的表達(dá)順序和它們?cè)诨虼厣系那昂笪恢靡恢拢嚎拷?’端的基因主要調(diào)控體軸遠(yuǎn)端的發(fā)育，而靠近3’端的基因則調(diào)控體軸近端的發(fā)育。在一些動(dòng)物類群中，主要為脊椎動(dòng)物，Hox基因的表達(dá)還遵循時(shí)間共線性：前端基因先于后端基因表達(dá)[21-22]。

(A：前區(qū)；3：3區(qū)；C：中區(qū)；P：后區(qū)。曲箭頭表示串聯(lián)復(fù)制；分向箭頭表示ProtoHox基因簇的復(fù)制。A：Anterior；3：Group 3；C：Central；P：Posterior.Curve arrows indicate cis-duplication events; divergent arrows indicate duplication of the ProtoHox cluster.)

1.3.2 定性調(diào)節(jié)作用和劑量效應(yīng) 在果蠅中Hox基因?qū)ζ潴w軸發(fā)育的調(diào)控表現(xiàn)出定性調(diào)節(jié)作用，例如，在肢體成蟲(chóng)原基中，Ubx和Abd-A基因通過(guò)抑制肢體形成相關(guān)基因Distalless的功能來(lái)阻止果蠅在腹部長(zhǎng)出肢體[23]。而在脊椎動(dòng)物中除了觀察到上述定性調(diào)節(jié)作用外，還有劑量效應(yīng)[24]，例如，Horan[25]等在研究Hox4旁系同源基因突變對(duì)脊椎骨的影響時(shí)發(fā)現(xiàn)，Hox4旁系同源基因突變數(shù)越多對(duì)脊椎骨形態(tài)偏移的影響越大。

1.3.3Hox編碼和后端優(yōu)勢(shì)模型Hox基因具有調(diào)節(jié)脊椎動(dòng)物中軸骨形成的功能。Kessel和Gruss[26]在研究鼠類脊椎骨的同源異型轉(zhuǎn)化現(xiàn)象時(shí)提出了“Hoxcode”(Hox編碼)模型，該模型認(rèn)為體節(jié)形態(tài)是由多個(gè)Hox基因的蛋白產(chǎn)物共同作用的結(jié)果，某些Hox基因的突變將導(dǎo)致這些Hox基因整個(gè)控制區(qū)域表型的改變(見(jiàn)圖3A、B)。為了解釋Hox基因?qū)棺祫?dòng)物肢體形成的調(diào)控作用，Duboule[27]提出了“posterior prevalence”(后端優(yōu)勢(shì))模型。該模型認(rèn)為在胚胎特定區(qū)域表達(dá)的最后端的Hox基因?qū)Ω岸说腍ox基因表現(xiàn)出顯性作用，這種作用又叫做Hox基因的表型抑制(見(jiàn)圖3C、D)。在大多數(shù)情況下，相對(duì)于Hox編碼模型，后端優(yōu)勢(shì)模型能更好的解釋Hox基因突變導(dǎo)致的表型變化。

(圖A和C用Hox code和Posterior prevalence這2種簡(jiǎn)單的模型來(lái)表示3個(gè)Hox基因(Hox I、Hox II、Hox III)在一個(gè)假設(shè)的體軸上對(duì)其表型的影響，每個(gè)Hox基因都有各自的表達(dá)區(qū)域。圖B和圖D表示Hox II基因功能喪失(基因敲除)后的體軸表型。對(duì)于圖B的Hox基因編碼模型，某區(qū)域體軸的表型是由該區(qū)域表達(dá)的Hox基因的共同作用決定的，Hox II基因的敲除則會(huì)導(dǎo)致整個(gè)Hox II基因表達(dá)區(qū)域的體軸表型的改變。對(duì)于圖D所示后端優(yōu)勢(shì)模型，由于Hox III基因?qū)蠖梭w軸的表型決定具有顯性作用，Hox II基因的敲除僅導(dǎo)致中間區(qū)域表型的改變。(A, C) Expression of three Hox genes (Hox I to Hox III) along a given axial is showed with Hox code or Posterior prevalence model respectively, and each Hox gene has a distinct expression domain. (B, D) The phenotype when Hox II is functionally deleted. (B) The phenotype is a result of combinatorial function of Hox genes,and the deletion of Hox II causes a new phenotype in the whole expression domain.(D) Hox III has a dominant function in the posterior axial, and the

2 軟體動(dòng)物Hox基因的研究進(jìn)展

2.1 軟體動(dòng)物的分類

軟體動(dòng)物是冠輪動(dòng)物中的一個(gè)類群，具有豐富的軀體結(jié)構(gòu)多樣性。從簡(jiǎn)單如蠕蟲(chóng)一樣的外形到復(fù)雜如擁有發(fā)育完善腦系統(tǒng)的魷魚(yú)般的形態(tài)，現(xiàn)存的軟體動(dòng)物有11萬(wàn)種以上，已知的化石類群有6萬(wàn)種以上，是動(dòng)物界中僅次于節(jié)肢動(dòng)物的第二大門類[29]。現(xiàn)存的軟體動(dòng)物通常分為8個(gè)綱：管腹亞綱(Solenogastres)(新月貝類(Neomeniomorpha))、尾窩綱(Caudofoveata)(毛皮貝類(Chaetodermomorpha))、多板綱(Polyplacophora)、單板綱(Monoplacophora)、頭足綱(Cephalopoda)、腹足綱(Gastropoda)、掘足綱(Scaphopoda)和雙殼綱(Bivalvia)[30]。Smith[31-32]等采用分子系統(tǒng)生物學(xué)手段分析了目前已有軟體動(dòng)物轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)及其它分子數(shù)據(jù)，解決了軟體動(dòng)物的進(jìn)化關(guān)系，結(jié)果支持軟體動(dòng)物分為兩個(gè)分支：有刺亞門和有殼亞門：在上述8綱中，前2綱又合稱為無(wú)板綱(Aplacophora)，前3綱合稱為有刺亞門(Aculifera)[31, 33]，后5綱合稱為有殼亞門(Conchifera)。在進(jìn)化地位上，有刺亞門中多板綱是兩個(gè)無(wú)板綱(管腹亞綱和尾窩綱)的姐妹群；有殼亞門中單板綱和頭足綱是姐妹群。

2.2 軟體動(dòng)物祖先的Hox基因簇組成假說(shuō)

Winnepenninckx等[34]認(rèn)為由于多種替換掩蓋了分子數(shù)據(jù)中大量的信息，以及軟體動(dòng)物多樣性的爆發(fā)式的出現(xiàn)，對(duì)于軟體動(dòng)物的起源有了單源和多源假說(shuō)。如果不考慮軟體動(dòng)物的身體結(jié)構(gòu)的多樣性，軟體動(dòng)物通常被認(rèn)為是單源的。Callaerts等[35]推測(cè)軟體動(dòng)物基因組中僅含有一個(gè)Hox基因簇。軟體動(dòng)物是原口動(dòng)物兩大分支之一冠輪動(dòng)物中的一個(gè)成員，DE, Rosa等[14]推測(cè)Hox基因在進(jìn)化過(guò)程中，數(shù)目由原口動(dòng)物共同祖先中的8個(gè)變?yōu)楣谳唲?dòng)物共同祖先中的10個(gè)。在假設(shè)軟體動(dòng)物為單一起源，各同源Hox基因簇并非完全獨(dú)立進(jìn)化，且Hox基因不存在水平轉(zhuǎn)移的情況下，Iijima等[30]分離鑒定了7個(gè)分屬于除單板綱外其它7個(gè)軟體動(dòng)物綱相關(guān)物種的Hox基因并分析了各族Hox基因在7個(gè)物種中的分布情況，并推測(cè)軟體動(dòng)物的祖先至少含有12個(gè)Hox基因(Hox1,Hox2,Hox3,Hox4,Hox5a,Hox5b,Hox6a,Hox6b,Hox7,Hox8,Post1andPost2)。典型的冠輪動(dòng)物Hox基因簇由10個(gè)Hox基因組成：2個(gè)anterior基因、1個(gè)PG3、5個(gè)central基因和2個(gè)posterior基因[14]。冠輪動(dòng)物和蛻皮動(dòng)物的中區(qū)和后區(qū)基因具有明顯的區(qū)別，前者以Lox5、Lox2、Lox4、Post1、Post2的形式表示，而后者以ftz、Antp、Ubx、Abd-A、Abd-B的形式表示[14, 36]。Lottiagigantea(Gastropoda)是第一個(gè)被發(fā)現(xiàn)具有完整Hox基因簇的物種，它的Hox基因簇由11個(gè)Hox基因組成(PG-1、PG-2、PG-3、PG-4、PG-5、Lox5、Antp、Lox2、Lox4、Post1、Post2)。我們團(tuán)隊(duì)近期的研究發(fā)現(xiàn)雙殼貝類的Hox基因簇也含有11個(gè)Hox基因，且Hox基因的轉(zhuǎn)錄方向與L.gigantea的一致。根據(jù)軟體動(dòng)物進(jìn)化史中腹足綱和雙殼綱的分離節(jié)點(diǎn)推測(cè)，至少在5億年前Hox基因簇就以含有11個(gè)Hox基因的狀態(tài)存在[37]。另外3個(gè)含有這11個(gè)基因的軟體動(dòng)物物種是Pectenmaximus、Pinctadafucata(Bivalvia)和Gibbulavaria(Gastropoda)。Biscotti[38]分析了已報(bào)道的軟體動(dòng)物Hox基因的分布情況發(fā)現(xiàn)，軟體動(dòng)物中不同物種共有一個(gè)相似的Hox基因組成，即如L.gigantea中的11個(gè)Hox基因。而且數(shù)據(jù)表明，在研究最廣泛的3個(gè)軟體動(dòng)物綱(雙殼綱、頭足綱、腹足綱)中這11個(gè)Hox基因都有出現(xiàn)。據(jù)此，Biscotti推測(cè)軟體動(dòng)物最后的共同祖先的Hox基因簇可能由11個(gè)基因組成。

2.3 軟體動(dòng)物Hox基因的分布與表達(dá)

Hox和ParaHox基因在數(shù)目、序列、調(diào)控以及表達(dá)模式上的多樣性與身體結(jié)構(gòu)的進(jìn)化和多樣性直接相關(guān)[38]。了解成簇的Hox基因的進(jìn)化史對(duì)于理解雙側(cè)對(duì)稱動(dòng)物身體結(jié)構(gòu)的進(jìn)化、遺傳和形態(tài)多樣性之間的聯(lián)系以及后生動(dòng)物系統(tǒng)發(fā)育相關(guān)的問(wèn)題至關(guān)重要[14]。軟體動(dòng)物是原口動(dòng)物中最重要的類群之一，并且具有豐富的形態(tài)多樣性，因此研究Hox和ParaHox基因在軟體動(dòng)物中的的分布具有重要意義。Degnan和Morse[39]最早在腹足綱Haliotisrufescens中分離鑒定了軟體動(dòng)物的5個(gè)Hox基因。目前對(duì)軟體動(dòng)物Hox基因的研究涉及了除單板綱以外的其他7個(gè)綱，具體為：掘足綱、管腹亞綱、尾窩綱各一個(gè)物種[30]；多板綱3個(gè)物種[30, 40-43]；頭足綱5個(gè)物種[30, 35, 44-46]；腹足綱10個(gè)物種[14, 30, 39, 47-53]；雙殼綱13個(gè)物種[30, 54-61](見(jiàn)圖4)?？梢?jiàn)，軟體動(dòng)物Hox基因的研究主要集中于多板綱、頭足綱、腹足綱和雙殼綱。

Fritsch等[42]首次報(bào)道了軟體動(dòng)物多板綱Acanthochitonacrinita中11個(gè)Hox基因的表達(dá)情況，A.crinita中7個(gè)Hox基因(Acr-Hox1～5,Hox7和Post2)沿前后軸呈共線性表達(dá)模式，且該種表達(dá)模式僅局限于幼蟲(chóng)時(shí)期的后端圓環(huán)區(qū)域，在軟體動(dòng)物的一些特異性結(jié)構(gòu)如殼、足中則沒(méi)有這種表達(dá)模式。接著Fritsch[43]等又進(jìn)一步研究了A.crinita中Lox5、Lox4和Lox2的表達(dá)模式，這3個(gè)基因也按前后軸的順序呈現(xiàn)出共線性的表達(dá)模式。

頭足綱Hox基因的相關(guān)研究涉及Nautiluspompilius[30, 45]、Nautilusmacromphalus[45]、Sepiaofficinalis[45]、Octopusbimaculoides[46]和Euprymnascolopes[35, 44]這5個(gè)物種。Pernice等[45]分離鑒定了前3個(gè)物種中的Hox基因。Albertin等[46]測(cè)定了O.bimaculoides的基因組并發(fā)現(xiàn)該物種的Hox基因完全散在分布。Callaerts等[35]發(fā)現(xiàn)頭足綱中的E.scolopes具有9個(gè)Hox基因，并推測(cè)軟體動(dòng)物基因組中只含有一個(gè)Hox基因簇。Lee等[44]通過(guò)原位雜交實(shí)驗(yàn)檢測(cè)了E.scolopes的9個(gè)Hox基因中8個(gè)的表達(dá)情況，結(jié)果發(fā)現(xiàn)有6個(gè)Hox基因在中樞神經(jīng)系統(tǒng)(Central Ner-vous System，CNS)中呈現(xiàn)共線性表達(dá)，與祖先中這些Hox基因一樣沿著CNS軸向表達(dá)，表達(dá)模式與基因組上的排列方式相對(duì)應(yīng)。另外E.colopes中Hox基因在外胚層發(fā)育而來(lái)的如足、漏斗、觸手等一系列組織中特異性表達(dá)，且這種特異性表達(dá)僅存在于頭足綱中。多板綱與頭足綱的表達(dá)數(shù)據(jù)表明軟體動(dòng)物Hox基因的功能具有重塑性，也許這也正是軟體動(dòng)物表現(xiàn)出豐富的形態(tài)多樣性的原因。

(圖中為目前已報(bào)道的軟體動(dòng)物Hox基因。數(shù)據(jù)來(lái)源于Barucca等[62]。Hox genes identified in Mollusca are shown.

在腹足綱Hox基因的研究中，繼Degnan和Morse分離得到H.rufescens的Hox基因之后，Giusti等[47]通過(guò)反轉(zhuǎn)錄PCR(Reverse transcription PCR，RT-PCR)分析了Hox5基因在H.rufescens幼蟲(chóng)時(shí)期的表達(dá)，并且原位雜交結(jié)果顯示該基因與中樞神經(jīng)系統(tǒng)的形成有關(guān)。Hinman等[49]分析了與H.rufescens同屬的物種Haliotisasinina的5個(gè)Hox基因Hox1、Hox2、Hox3、Hox4和Hox5在幼蟲(chóng)時(shí)期的表達(dá)情況。Hox2、Hox3和Hox4在單輪幼蟲(chóng)腹部的神經(jīng)外胚層細(xì)胞中表達(dá)，并呈現(xiàn)出兩側(cè)對(duì)稱的表達(dá)模式。它們與Hox5在神經(jīng)節(jié)中共線性表達(dá)。Hox1和Hox4在面盤幼蟲(chóng)外套膜的邊緣表達(dá)，這暗示著它們與殼的形成有關(guān)。另外Samadi和Steiner[51-52]報(bào)道了Gva-Hox1、Gva-Post2和Gva-Post1基因在G.varia的擔(dān)輪幼蟲(chóng)時(shí)期起始表達(dá)，且表達(dá)區(qū)域就是將來(lái)成殼的區(qū)域。Lox5、Lox4和Lox2基因在早期幼蟲(chóng)的頂器和晚期幼蟲(chóng)的腦神經(jīng)節(jié)中表達(dá)，研究結(jié)果支持在變態(tài)期間頂器感覺(jué)神經(jīng)細(xì)胞促進(jìn)了腦神經(jīng)節(jié)細(xì)胞的形成這一假設(shè)。

Barucca等[54]和Canapa等[55]采用PCR(Polymerase chain reaction)技術(shù)研究了雙殼類中Hox基因的分布情況。Carpintero等[56]采用PCR技術(shù)分離第一次從雙殼貝類P.maximus中分離得到了ParaHox基因caudal和ANT-C中的Pb基因。Zhang等[59]報(bào)道了Crassostreagigas中的Hox基因的表達(dá)不具有時(shí)空共線性：Hox1、Hox4、Lox5、Lox4和Post2基因在發(fā)育的早期表達(dá)，而Hox2、Hox3、Hox5、Lox2和Post1基因在面盤幼蟲(chóng)時(shí)期才表達(dá)。

3 結(jié)語(yǔ)

Hox基因作為一類重要的發(fā)育調(diào)控基因在許多物種中得到了廣泛研究。軟體動(dòng)物作為原口動(dòng)物中最重要的門類之一，具有豐富的形態(tài)多樣性。研究軟體動(dòng)物相關(guān)Hox基因的表達(dá)及功能將有助于我們深入理解軟體動(dòng)物的發(fā)育及其形態(tài)高度多樣性的分子基礎(chǔ)。目前軟體動(dòng)物相關(guān)Hox基因的研究還比較缺乏并有待于進(jìn)一步深入研究。以往對(duì)軟體動(dòng)物Hox基因的研究主要局限于相關(guān)基因的分離與鑒定，且采用的研究手段也比較單一，主要采用PCR技術(shù)分離獲得軟體動(dòng)物Hox基因，這并不能代表完整的Hox基因簇的組成狀態(tài)，同時(shí)，雖然對(duì)Hox基因在特定區(qū)域或組織的表達(dá)開(kāi)展了相關(guān)研究[41,43,46,48,50-51]，但Hox基因?qū)ο掠位虻恼{(diào)控機(jī)制及其參與的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)是否與模式動(dòng)物相一致等都尚未可知。新技術(shù)與新方法的開(kāi)發(fā)與利用必將推動(dòng)軟體動(dòng)物Hox基因研究的發(fā)展，高通量測(cè)序技術(shù)使我們能夠快速獲得生物體完整的Hox基因簇，而基因編輯技術(shù)如CRISPR/Cas9等作為一種研究基因功能的重要工具，近期已被初步運(yùn)用于軟體動(dòng)物[63]和節(jié)肢動(dòng)物[64-65]發(fā)育相關(guān)基因的研究并取得了重要進(jìn)展。可以預(yù)測(cè)，飛速發(fā)展的基因編輯技術(shù)將有效推動(dòng)非模式生物Hox基因的深入研究。

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責(zé)任編輯 朱寶象

HoxGenes and Their Research Progresses in Molluscs

WANG Shi1, 2, YANG Zhi-Hui1, LI Yu-Li1, CHENG Tao-Ran1, LIU Ping-Ping1, MI Xue1, BAO Zhen-Min1, 3

(1.The Key Laboratory of Marine Genetics and Breeding, Ministry of Education, College of Marine Life Sciences, Ocean University of China, Qingdao 266003, China; 2.Laboratory for Marine Biology and Biotechnology, Qingdao National Laboratory for Marine Science and Technology, Qingdao 266237, China; 3.Laboratory for Marine Fisheries Science and Food Production Processes,Qingdao National Laboratory for Marine Science and Technology, Qingdao 266237, China)

TheHoxgenes are highly conserved and encode a family of transcription factors that play a central role in anterior-posterior axial patterning in animals. Body plan evolution and diversification are affected by variations in the number and sequence ofHoxgenes, as well as by their expression patterns. Although they have been extensively studied in model organisms, relatively few is known aboutHoxgenes and their functions in molluscs. For the reason that Mollusca is one of the most important groups of protostomes, and characterized by a high body plan diversity, investigation of the relatedHoxgene and its function is of great significance for understanding and explaining the emergence of morphological diversity in molluscs. Here, we reviewed recent progresses in the investigation ofHoxgenes and their functions in molluscs, providing an important reference for understanding and further studying the molecular mechanisms of development in molluscs.

Hoxgenes; molluscs; morphological diversity; development

青島海洋科學(xué)與技術(shù)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室“鰲山人才”計(jì)劃項(xiàng)目(2015ASTP-ES02)；中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)(201564009)；教育部長(zhǎng)江學(xué)者獎(jiǎng)勵(lì)計(jì)劃項(xiàng)目(Q2015119)資助 Supported by AoShan Talents Program Qingdao National Laboratory for Marine Science and Technology (2015ASTP-ES02)； Fundamental Research Funds for the Central Universities (201564009)； Chang Jiang Scholars Program of Ministry of Education (Q2015119)

2016-10-11；

2017-01-19

王師(1979-)，男，教授，主要從事貝類遺傳育種研究。E-mail: swang@ouc.edu.cn

Q1；S968.3

A

1672-5174(2017)08-023-08

10.16441/j.cnki.hdxb.20160348

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