同源基因

在进化发育生物学中，同源基因是调节各种生物体（如棘皮动物、昆虫、哺乳动物和植物）解剖结构发育的基因。同源基因通常编码转录因子蛋白，这些蛋白通过调节参与身体模式的下游基因网络来影响发育。

同源异型基因的突变会导致身体部位移位（同源同源），例如长在苍蝇后部而不是头部的触角。导致异位结构发展的突变通常是致命的。

同源基因有几个子集。 它们包括许多对分割很重要的 Hox 和 ParaHox 基因。Hox 基因存在于双侧动物中，包括果蝇（它们首先在其中被发现）和人类。Hox 基因是同源框基因的一个子集。

Hox 基因通常在物种间是保守的，因此果蝇的一些 Hox 基因与人类的 Hox 基因同源。 通常，Hox 基因在胚胎生长过程中发挥调节基因表达以及帮助特定结构的发育和分配的作用。这可以从果蝇的分割到脊椎动物的中枢神经系统 (CNS) 发育。

Hox 和 ParaHox 都被归类为 HOX 样 (HOXL) 基因，是 ANTP 类的一个子集（以果蝇基因 Antennapedia 命名）。

它们还包括参与花发育 ABC 模型的含有 MADS 盒的基因。除了开花植物外，MADS-box 基序还存在于其他生物体中，例如昆虫、酵母和哺乳动物。它们根据生物体具有不同的功能，包括花发育、原癌基因转录和特定细胞（如肌肉细胞）中的基因调控。

尽管术语经常互换，但并非所有同源基因都是 Hox 基因；MADS-box 基因是同源异源的，但不是 Hox 基因。因此，Hox 基因是同源基因的一个子集。

关于同源基因最常研究的模式生物之一是黑腹果蝇。它的同源异型 Hox 基因出现在由爱德华·路易斯（Edward B. Lewis）发现的天线足复合体 (ANT-C) 或双胸廓基因复合体 (BX-C) 中。

每个综合体都专注于不同的发展领域。触角足复合体由五个基因组成，包括长鼻足，参与胚胎前部的发育，形成头部和胸部的部分。双胸复合体由三个主要基因组成，参与胚胎背部的发育，即腹部和胸部后段。

在发育过程中（从胚胎的胚层阶段开始），这些基因不断表达，为果蝇身体的不同部分分配结构和作用。对于果蝇，可以使用果蝇数据库分析这些基因。

对不同生物体中的同源基因进行了大量研究，从对分子如何工作的基本理解到突变，再到同源基因如何影响人体。改变同源基因的表达水平会对生物体产生负面影响。

例如，在一项研究中，致病性植原体导致开花植物中的同源基因显着上调或下调。这导致了严重的表型变化，包括矮化、雌蕊缺陷、色素减退以及大多数花器官上叶状结构的发育。

在另一项研究中，发现同源基因 Cdx2 充当肿瘤抑制因子。在正常表达水平下，该基因在暴露于致癌物时可预防肿瘤发生和结直肠癌；然而，当 Cdx2 表达不佳时，致癌物质会导致肿瘤发展。这些研究以及许多其他研究表明，即使在发育之后，同源异型基因也很重要。