Hox基因(即同源異形基因)是一類在進(jìn)化上高度保守的發(fā)育調(diào)控基因,沿著驅(qū)體軸線控制動(dòng)物各部位的發(fā)育,其突變會(huì)導(dǎo)致對(duì)應(yīng)體節(jié)組織器官發(fā)生同源異型轉(zhuǎn)化等異常表型。
Hox基因最早在果蠅中發(fā)現(xiàn)。關(guān)于Antp與昆蟲(chóng)翅的關(guān)系,Nature雜志上曾發(fā)表過(guò)2篇論文,分別報(bào)道了果蠅(1995)和赤擬谷盜(2005)的Hox基因族成員Antp雖在胸部表達(dá),但不參與翅的形態(tài)發(fā)生,而Hox基因Ubx基因只決定后翅的形態(tài)。因此長(zhǎng)期以來(lái),科學(xué)家們普遍認(rèn)為昆蟲(chóng)前翅發(fā)育不受Hox基因調(diào)控(即“Hox-free”)。
2022年1月28日,發(fā)育生物學(xué)Top期刊Development在線發(fā)表了基地科研團(tuán)隊(duì)題為T(mén)he Hox gene Antennapedia is essential for wing development in insects的研究論文。該研究挑戰(zhàn)了國(guó)外權(quán)威學(xué)者的研究結(jié)論,受到國(guó)際同行認(rèn)可:以家蠶、果蠅和赤擬谷盜為研究對(duì)象,揭示Antp對(duì)昆蟲(chóng)翅的發(fā)育不可或缺,昆蟲(chóng)前翅的發(fā)育不是“Hox-free”。
研究表明,在家蠶、果蠅和赤擬谷盜中敲低或敲除Antp基因后會(huì)導(dǎo)致成蟲(chóng)翅變小,且呈卷曲皺縮狀。進(jìn)一步研究揭示,Antp通過(guò)直接調(diào)節(jié)翅原基中蛻皮激素合成基因Shade的表達(dá),從而調(diào)控翅原基中蛻皮激素20-羥基蛻皮酮(20E)的含量,進(jìn)而調(diào)節(jié)昆蟲(chóng)變態(tài)過(guò)程中翅的發(fā)育;同時(shí),Antp也能直接通過(guò)與翅發(fā)育相關(guān)基因(如表皮蛋白基因)的順勢(shì)調(diào)控原件結(jié)合調(diào)控翅的發(fā)育。該研究不但提供了Hox基因Antp對(duì)昆蟲(chóng)翅發(fā)育不可或缺的新認(rèn)識(shí),而且深入解析了Antp基因調(diào)控昆蟲(chóng)翅發(fā)育的分子機(jī)理。