同源異形基因
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同源異形基因（英語：Hox genes）是生物體中一類專門調控生物形體的基因，一旦這些基因發生突變，就會使身體的一部分變形。其作用機制，主要是調控其他有關於細胞分裂、紡錘體方向，以及硬毛、附肢等部位發育的基因。Hox基因屬於同源框家族的其中一員，在大多數Hox基因中，會含有一段約180個核苷酸的同源異型盒，可以轉錄出含有約60個氨基酸序列，稱為同源異形域。
Hox基因的特色之一，是其排列順序與其作用順序、作用位置相關，例如位在較靠近3'端（DNA的其中一端）的基因，作用的位置較靠近頭部。而且動物界中的成員，皆擁有類似的Hox基因排列方式、產物與作用方式。Hox基因對於動物型態的影響，能使演化生物學研究得到關於型態轉變的線索。
調控型態的方式
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各種生物的Hox基因之表現方式類似，靠近3'端的基因會表現於動物的身體前部，靠近5'端則表現於身體的後部。除了這種規律之外，Hox基因又會因為一些原因，而在不同狀態下有不同的表現。
當Hox基因下游調控的基因改變時，會使個體產生變異，例如果蠅的平衡桿（halteres）與蝴蝶後翅的差別，就是源於兩者的Ubx基因受到的不同調控而產生。在演化的過程中，蜻蜓的Ubx下游基因調控階層（regulatory hierachy）與原始祖先較為相似，而鱗翅目（如蝴蝶）與雙翅目（如果蠅），則改變了一些對下游基因的調控方式。蜻蜓、蝴蝶與果蠅的調控階層比較如下表，紅色字表示受到活化的基因，灰色字表示此類昆蟲並不活化此基因：
昆蟲種類
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上游Hox基因
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調控階層
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| 蜻蜓（蜻蛉目） | Ubx
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a1 → a2 → a3 b1 → b2 → b3 c1 → c2 → c3 d1 → d2 → d3 |
| 蝴蝶（鱗翅目） | Ubx
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a1 → a2 → a3 b1 → b2 → b3 c1 → c2 → c3 e1 → e2 → e3 |
| 果蠅（雙翅目） | Ubx
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a1 → a2 → a3 b1 → b2 → b3 c2 → c3 → c4 d1 → d2 → d3 |
除了調控方式的差異之外，當Hox基因本身改變，個體發育也會受到影響，例如Ubx基因發生變化時，會影響自身性質，進而影響與其他基因的交互作用，使動物產生不同外型。若是改變Hox基因在某一區域的表現狀況，則會使得此區域的發育產生變化，例如當Ubx與Abd-A所表現的蛋白質沒有作用時，會使Dll誘導前肢發育。不同區域的Hox基因表現變化，也會導致不同區域發展出不同的構造，例如Ubx與Abd-A在不同部位的交互作用方式差異，是造成不同附肢形成的原因。此外，基因的表現量也會影響發育，例如Hox基因數目不同的昆蟲與脊椎動物之間的差異。
各物種的Hox基因
[編輯]果蠅
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果蠅（這裏指黑腹果蠅）的Hox基因皆位在其3號染色體右臂上，可分為兩個群集。一群稱作雙胸複合群（Bithorax complex，BX-C），此群集中的Ubx基因若突變，會使第3胸節（T3）變成第2胸節（T2），而且由於正常狀態下的翅膀是長在T2之上，因此這樣的突變同時會使果蠅長出兩對翅膀，並使原本長在T3上的平衡棒（haltere；雙翅目昆蟲特有的構造，源自其中一對翅膀）消失。此突變最早是卡耳文·布里吉斯（Calvin Bridges）於1915年發現。
另一群基因則稱為觸足複合群（Antennapedia complex，ANT-C），此基因群集中的Antp基因發生突變時，會使長在頭上的觸角替換成第二對腿。另外pb基因的突變，則是會使頭上的口器變成腿。
兩群基因一開始的研究成果，皆是由觀察它們對成蟲的影響而得。較晚的研究則發現，對果蠅的幼蟲（蛆）來說，BX-C影響了T3到A8部分的發育（果蠅分節：頭、T1~T3、A1~A8、性器），其中主要的影響位置是T3到A1。ANT-C則是影響頭部以及T1到T2部分。
群集名稱
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位置
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基因（名稱意義）
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影響位置
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| ANT-C | 靠近3'端 | lab（labial；唇） pb（proboscipedia；口器足） Dfd（Deformed；畸形） Scr（Sex combs reduced；性梳減少） Antp（Antennapedia；觸足） |
身體前部 |
| BX-C | 靠近5'端 | Ubx（Ultrabithorax） AbdA（Abdominal A） AbdB（Abdominal B） |
身體後部 |
人類
[編輯]人類的Hox基因可分成4個基因群集，分別位在不同的染色體上，這些染色體分別是7號、17號、12號與2號。人類的Hox基因在書寫時以全大寫表達，例如HOXA、HOXB、HOXC與HOXD。此外，這些基因可分成13個平行同源家族（paralogous family），以數字表示，例如HOXA4，HOXB4，HOXC4與HOXD4。這些家族成員的DNA序列與轉錄出來的蛋白質序列類似。
其中HOXD13的突變會造成多指症（synpolydactyly）；而HOXA13的突變則會導致手腳生殖器症（hand-foot-genital syndrome，HGFS）。另外HOXB群集中的8個成員會影響紅血球的發育，其中HOXB4與HOXB7又會影響T細胞與B細胞。
位置
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基因群集
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影響頭部
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影響頸部
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影響軀幹
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影響四肢
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| 7號染色體 7p15 ~ p14 |
HOXA | HOXA1 HOXA2 HOXA3 HOXA4 |
HOXA5 HOXA6 |
HOXA7 | HOXA9 HOXA10 HOXA11 HOXA13 |
| 17號染色體 17q21 ~ q22 |
HOXB | HOXB1 HOXB2 HOXB3 HOXB4 |
HOXB5 HOXB6 |
HOXB7 HOXB8 |
HOXB9 |
| 12號染色體 12q12 ~ q13 |
HOXC | HOXC4 | HOXC5 HOXC6 |
HOXC8 | HOXC9 HOXC10 HOXC11 HOXC12 HOXC13 |
| 2號染色體 2q31 ~ q32 |
HOXD | HOXD1 HOXD3 HOXD4 |
HOXD8 | HOXC9 HOXD10 HOXD11 HOXD12 HOXD13 |
老鼠
[編輯]老鼠的Hox基因特性與人類相似，分別位在6號、11號、15號與2號染色體上，書寫時只有首字母大寫，例如Hoxa-11與Hoxd-11。
第3平行同源家族，也就是Hoxa-3、Hoxb-3與Hoxd-3基因，主要作用是產生頸部的脊椎骨。另外Hoxa-11或是Hoxd-11其中一的基因發生突變時，會使橈骨（radius）或尺骨（ulna）產生輕微缺陷。若是兩個基因同時突變，則會使兩塊骨頭皆退化。
位置
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基因群集
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基因
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| 6號染色體 | Hoxa | Hoxa-1 Hoxa-2 Hoxa-3 Hoxa-4 |
Hoxa-5 Hoxa-6 |
Hoxa-7 | Hoxa-9 Hoxa-10 Hoxa-11 Hoxa-13 |
| 11號染色體 | Hoxb | Hoxb-1 Hoxb-2 Hoxb-3 Hoxb-4 |
Hoxb-5 Hoxb-6 |
Hoxb-7 Hoxb-8 |
Hoxb-9 |
| 15號染色體 | Hoxc | Hoxc-4 | Hoxc-5 Hoxc-6 |
Hoxc-8 | Hoxc-9 Hoxc-10 Hoxc-11 Hoxc-12 Hoxc-13 |
| 2號染色體 | Hoxd | Hoxd-1 Hoxd-3 Hoxd-4 |
Hoxd-8 | Hoxd-9 Hoxd-10 Hoxd-11 Hoxd-12 Hoxd-13 | |
參見
[編輯]參考文獻
[編輯]- （英文）Daniel Hartl & Elizabath W. Jones. Genetic. 6th ed. Jones and Bartlett Publishers. ISBN 0-7637-1511-5
- （中文）大石正道。《圖解人類基因組的構造》。林碧清譯。世茂出版社。2002年12月。ISBN 957-776-432-0
- （中文）Sean B. Carrol。《蝴蝶斑馬與胚胎：探索演化發生學之美》（Endless Forms Most Beautiful: The New Science of Evo Devo）。王惟芬譯。商周出版。2006年。ISBN 978-986-124-774-8
- （中文）生命經緯 - ANT-C複合座位的結構和功能 （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）
- （英文）Brian E. Staveley - Evolution and Development （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）
- （中文）清華大學 - Organogenesis
- （中文）郭曉卉 - 同位序列基因與細胞分化及器官發育
- （中文）清華大學 - Developmental Biology
- （英文）Leland H. Hartwell. et al. Genetics - From gene to genome. McGraw-Hill. ISBN 0-07-540923-2