Hox基因与同源异形基因：身体的地址系统

带着讯息的“怪物”

在果蝇Drosophila中，某些突变会让一个身体部位被另一个本属于别处、却发育良好的部位取代。在*触角足*（Antennapedia）突变里，本该长触角的头部却长出了腿；在*双胸*（bithorax）突变里，果蝇长出了第二对翅膀。这类变换被称为同源异形（homeotic），负责它们的基因就是同源异形基因。

其中的启示极为深刻：单个基因本身并不会造出一条腿，但它能决定某一节段究竟该造出腿、触角还是翅膀。同源异形基因就像地址标签，为身体的每一部分分配一个身份。造腿的机器到处都在，同源异形基因只是告诉它该在哪里运转。

Hox基因：排列得就像身体本身

许多同源异形基因属于一个叫做Hox基因的家族。每个Hox基因编码一个转录因子，掌控数百个下游基因，开启某一身体区域的发育程序。它们最美的特征是共线性（colinearity）：Hox基因沿染色体排列的顺序，与它们所控制的身体区域从头到尾的顺序相吻合。

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基因在染色体上的排列顺序，与它们所指定的身体部位的顺序一致——这是基因组“镜像”身体的惊人案例。

为什么这超越了果蝇本身的意义

在脊椎动物中，Hox基因为椎骨、四肢和后脑分区定型。一旦它们出错，肋骨可能长在错误的椎骨上，或手指被错误指定。先研究果蝇，使这些与人类相关的基因变得“可被找到”，因为果蝇版本容易突变，身体蓝图也容易用肉眼判读。