12月23日，美國科學(xué)院院刊PNAS在線刊發(fā)海洋所劉保忠研究組題為“Dorsoventral decoupling of Hox gene expression underpins the diversification of molluscs”的研究論文。該研究基于Hox基因在軟體動(dòng)物早期發(fā)育中的表達(dá)模式，提出了軟體動(dòng)物身體模式發(fā)育演化新機(jī)制，為理解動(dòng)物演化機(jī)制提供了新的視角。
軟體動(dòng)物是除節(jié)肢動(dòng)物外的第二大動(dòng)物門類，也是種類最多的海洋動(dòng)物類群。軟體動(dòng)物的一大特點(diǎn)是其身體模式（body plan）存在極大的多樣性，常見類群如雙殼類（牡蠣、扇貝、各種蛤等）、腹足類（海螺、笠貝、海兔等）、頭足類（章魚、烏賊、鸚鵡螺等）身體模式差異極大；其余較小的類群如掘足綱（角貝）、多板綱（石鱉）、無板綱、單板綱等也各有自身獨(dú)特的身體結(jié)構(gòu)模式。軟體動(dòng)物如何發(fā)育演化出如此多樣的身體模式，是一個(gè)重要的演化生物學(xué)問題。
Hox基因是動(dòng)物發(fā)育的關(guān)鍵基因，其沿身體前后軸表達(dá)（共線性），在多數(shù)動(dòng)物中表達(dá)模式十分相似。然而，軟體動(dòng)物Hox基因的表達(dá)模式非常多樣化，其中原因尚不清楚。本論文針對(duì)兩種演化關(guān)系較遠(yuǎn)的軟體動(dòng)物（笠貝和石鱉）的Hox基因開展了系統(tǒng)研究。通過對(duì)大量發(fā)育時(shí)期表達(dá)數(shù)據(jù)的對(duì)比研究和系統(tǒng)總結(jié)，發(fā)現(xiàn)這兩種動(dòng)物Hox表達(dá)模式看似差異極大，實(shí)則隱含了重要的共有規(guī)律：兩種動(dòng)物Hox基因的表達(dá)均可分為兩部分，分別與背部的貝殼和腹部的足相關(guān)聯(lián)。背部表達(dá)與每個(gè)類群獨(dú)特的貝殼樣式相關(guān)，腹部表達(dá)則在特定發(fā)育階段呈現(xiàn)保守的共線性模式。這些結(jié)果一方面澄清了關(guān)于軟體動(dòng)物Hox基因共線性表達(dá)的爭(zhēng)論，另一方面解釋了為何在不同類群軟體動(dòng)物中總能觀察到不同的Hox表達(dá)模式?；趯?duì)這個(gè)深層次的規(guī)律的新認(rèn)知，研究團(tuán)隊(duì)提出了關(guān)于軟體動(dòng)物演化機(jī)制的新假說，即Hox基因背腹分離的表達(dá)模式，推動(dòng)了貝殼和足的多樣化，進(jìn)而支持了軟體動(dòng)物身體模式的多樣化。并且，該假說可以進(jìn)一步擴(kuò)展到更大的動(dòng)物分類階元，可能是一個(gè)基本的身體模式演化機(jī)制，為理解動(dòng)物多樣化事件（如寒武紀(jì)大爆發(fā)等）提供了重要參考。
笠貝和石鱉Hox表達(dá)模式
軟體動(dòng)物身體多樣性演化機(jī)制假說
郇聘副研究員和碩士研究生王倩為文章共同第一作者，劉保忠研究員為通訊作者。研究得到了國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目、青島海洋科學(xué)與技術(shù)試點(diǎn)國家實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目等聯(lián)合資助。
論文鏈接：https://www.pnas.org/content/early/2019/12/20/1907328117.
