塑造肋骨形成的基因

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[生物通讯]美国科学家分离出阻止肋骨沿整个脊骨形成的基因，从而回答了哺乳动物进化上的一个重要问题。

根据犹他大学的遗传学教授Mario Capecchi 和他的同事，两组同源盒（homeobox，Hox）基因在哺乳动物脊骨和腿的形成中起着至为关键的作用。在胚胎发育过程中，Hox基因控制着其它基因的活性。

拥有只从脊骨的一部分发散出来的肋骨，将下后背解放出来，这是包括哺乳动物在内的脊椎动物朝着机动性和灵活性前进路途中的关键一步。这些变化还允许哺乳动物生殖的进化，新生儿可以通过骨盆分娩。

大多数古老的脊椎动物如青蛙、恐龙和原始鱼类等，都是脊骨全长都分散出肋骨：从颈到尾，这就使得机体的运动很受限。

这项研究有助于解释为什么不同脊椎动物有着不同的骨骼结构。例如，鸽子有5对肋骨，而我们人类有12对肋骨。问题是不同的身体结构是如何设计出来的？而具有不同身体结构的能力又是如何进化出来？

所有的哺乳动物都有Hox 基因，Hox 基因家族是从古代无脊椎动物的一个基因进化而来的。随着过去5亿年的复制和突变，Hox 基因获得了新功能。“Hox 基因已被用于修改机体基本构造，导致不同脊椎构造的形成。”Capecchi解释说。

这项研究检查了两组Hox 基因－－Hox10 和 Hox11，每一个都含有3个等位基因。研究的目的是查明该基因在小鼠骨骼发育中的作用，由此推断其在人类和其它哺乳动物中的功能。

Capecchi因发明了基因打靶技术而闻名。所谓基因打靶，就是体内特异性抑制目标基因，使科学家可以研究其正常情况下的功能。通过关闭小鼠中两个不同Hox基因家族，Capecchi的研究小组可以查看它们在骨骼发育中的作用。

通过研究基因敲除小鼠，研究人员发现没有任何Hox10 等位基因，肋骨就会沿整个脊骨形成，就像蛇一样，而大腿骨却异常地短。这个研究结果发表在本周的《科学》杂志上。

当Hox11基因家族关闭时，小腿骨变短，臀部的椎骨没有正确形成，因此骨盆无法附着到脊骨上。

研究人员发现，这些等位基因有着相当大的功能“盈余”，也就是说如果其中任何一个等位基因正确执行功能，那么缺陷就会最小化。只有当6个等位基因全部发生功能障碍时，整体畸形才会发生。（生物通编译）