Nature子刊：主发育基因在成年期发挥作用

这一发现于2021年11月18日在线发表在《自然通讯》杂志上，它表明了这些基因在成年期的新作用。Hox基因继续在成人组织中表达，并在某些人类癌症中被错误调控，但据主要作者克里斯托弗·阿诺德博士说，他们在这些成人环境中的功能角色还没有被很好地理解。

“通过发现Hox基因的新功能，我们可以开始解决我们对这些基因在成年动物中正常和疾病中作用的理解上的差距，”阿诺德说，他是亚历杭德罗Sánchez阿尔瓦拉多实验室的博士后科学家，斯托尔斯执行董事、首席科学官和霍华德休斯医学研究所研究员。

Hox基因可以说是发育生物学中最重要的基因之一。在多种生物中，这些基因已被证明可以沿胚胎的前后轴，或从头到尾绘制出发育中的胚胎的身体平面图。“但在我们的系统中，我们有一个难题，因为似乎没有任何霍克斯基因在扁形虫中发挥作用，”阿诺德说。

Sánchez阿尔瓦拉多实验室研究的无性涡虫(Schmidtea mediterranea)没有胚胎阶段——它们是专性成虫，永远处于成年状态。而且直到最近，它们似乎还缺乏霍克斯基因通常用来从一端到另一端组织生物体的解剖片段。然而，在2019年，阿诺德和他的同事们发现涡虫实际上是分割的。当研究人员用滑块挤压这些微小生物体的身体时，这些扁形虫突然分裂成多个间隔有规律的片段。

由于其中一个片段与繁殖的扁虫在繁殖时撕下的片段精确匹配，研究人员怀疑Hox基因在无性繁殖中发挥了作用。他们抑制了每一个Hox基因的功能，然后观察这些缺陷如何影响生物体在培养皿中进行繁殖的能力。

一般来说，当扁形虫无性繁殖时，它首先把尾巴固定在坚实的基质上，比如水下的岩石或培养皿。然后，它向相反的方向爬行，腹部起伏，身体伸展，直到最后到达某一点——就像橡皮筋一样——它会断裂，留下一小部分。

研究人员发现，十三种Hox基因中有五种是蠕虫繁殖所必需的。他们还发现，这五个基因中的两个对与无性生殖相关的分割和行为有相反的影响。敲除Hox3基因后，蠕虫的头部到尾部有更多的片段，它们不断地试图繁殖，而敲除post2b基因后，这些片段和行为完全消失了。

阿诺德说:“我们发现，Hox基因不仅在成年动物身上发挥作用，而且在成年动物的无性繁殖等特殊活动中也发挥作用。”研究人员认为，他们的发现表明，许多曾经被认为只在胚胎发育中发挥作用的基因，也可能在以后的成人健康和疾病中发挥重要作用。

资深作者Alejandro Sánchez Alvarado说:“这可能是因为我们对这些基因作用的定义过于狭隘。”“可能还有很多东西我们还没有发现，我们只需要在正确的地方寻找。”在未来，该团队的目标是研究无性生殖，以揭示成年动物生长、行为和再生的发展计划。

其他合著者包括Frederick G. Mann Jr博士，Stephanie H. Nowotarski博士，Julianna O. Haug, Jeffrey J. Lange博士，以及来自Stowers研究所的Chris W. Seidel博士和来自芝加哥大学的Analí Migueles Lozano。

这项工作由霍华德·休斯医学研究所、斯托尔斯医学研究所和美国国立卫生研究院的国立综合医学科学研究所资助(奖项为R37GM057260)。内容完全是作者的责任，并不一定代表NIH的官方观点。

Journal Reference:

Christopher p. Arnold, Analí Migueles Lozano, Frederick G. Mann, Stephanie H. Nowotarski, Julianna O. Haug, Jeffrey J. Lange, Chris W. Seidel, Alejandro Sánchez Alvarado. Hox genes regulate asexual reproductive behavior and tissue segmentation in adult animals. Nature Communications, 2021; 12 (1) DOI: 10.1038/s41467-021-26986-2