Hox基因與同源異形基因：身體的地址系統

帶著訊息的「怪物」

在果蠅Drosophila中，某些突變會讓一個身體部位被另一個本屬於別處、卻發育良好的部位取代。在*觸角足*（Antennapedia）突變裡，本該長觸角的頭部卻長出了腿；在*雙胸*（bithorax）突變裡，果蠅長出了第二對翅膀。這類變換被稱為同源異形（homeotic），負責它們的基因就是同源異形基因。

其中的啟示極為深刻：單個基因本身並不會造出一條腿，但它能決定某一節段究竟該造出腿、觸角還是翅膀。同源異形基因就像地址標籤，為身體的每一部分分配一個身份。造腿的機器到處都在，同源異形基因只是告訴它該在哪裡運轉。

Hox基因：排列得就像身體本身

許多同源異形基因屬於一個叫做Hox基因的家族。每個Hox基因編碼一個轉錄因子，掌控數百個下游基因，開啟某一身體區域的發育程序。它們最美的特徵是共線性（colinearity）：Hox基因沿染色體排列的順序，與它們所控制的身體區域從頭到尾的順序相吻合。

HOX CLUSTER (fly, schematic)        BODY (head → tail)
3' [ lab  pb  Dfd  Scr  Antp  Ubx  abd-A  Abd-B ] 5'
     |    |    |    |    |     |     |      |
   head head head thorax thorax thorax abdomen abdomen

Rule of thumb (spatial colinearity):
  gene position on chromosome  ≈  region position along body
  3' genes  → anterior (head)
  5' genes  → posterior (tail)

Mutate one Hox gene → its region takes on the identity of a
neighbouring region (a homeotic transformation), e.g.
  loss of Ubx  →  third thoracic segment becomes like the second
                  →  extra pair of wings (the bithorax phenotype)

Hox基因在染色體上的排列順序，與它們所指定的身體部位的順序一致——這是基因組「鏡像」身體的驚人案例。

為什麼這超越了果蠅本身的意義

在脊椎動物中，Hox基因為椎骨、四肢和後腦分區定型。一旦它們出錯，肋骨可能長在錯誤的椎骨上，或手指被錯誤指定。先研究果蠅，使這些與人類相關的基因變得「可被找到」，因為果蠅版本容易突變，身體藍圖也容易用肉眼判讀。