12月23日，《美國國家科學院院刊》（PNAS）在線刊發中國科學院海洋研究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基因在軟體動物早期發育中的表達模式，提出了軟體動物身體模式發育演化新機制，為理解動物演化機制提供了新的視角。
軟體動物是除節肢動物外的第二大動物門類，也是種類最多的海洋動物類群。軟體動物的一大特點是其身體模式（body plan）存在極大的多樣性，常見類群如雙殼類（牡蛎、扇貝、各種蛤等）、腹足類（海螺、笠貝、海兔等）、頭足類（章魚、烏賊、鹦鹉螺等）身體模式差異極大；其餘較小的類群如掘足綱（角貝）、多闆綱（石鼈）、無闆綱、單闆綱等也各有自身獨特的身體結構模式。軟體動物如何發育演化出如此多樣的身體模式，是一個重要的演化生物學問題。
Hox基因是動物發育的關鍵基因，其沿身體前後軸表達（共線性），在多數動物中表達模式十分相似。然而，軟體動物Hox基因的表達模式非常多樣化，其中原因尚不清楚。該論文針對兩種演化關系較遠的軟體動物（笠貝和石鼈）的Hox基因開展了系統研究。通過對大量發育時期表達數據的對比研究和系統總結，發現這兩種動物Hox表達模式看似差異極大，實則隐含了重要的共有規律：兩種動物Hox基因的表達均可分為兩部分，分别與背部的貝殼和腹部的足相關聯。背部表達與每個類群獨特的貝殼樣式相關，腹部表達則在特定發育階段呈現保守的共線性模式。這些結果一方面澄清了關于軟體動物Hox基因共線性表達的争論，另一方面解釋了為何在不同類群軟體動物中總能觀察到不同的Hox表達模式。基于對這個深層次的規律的新認知，研究團隊提出了關于軟體動物演化機制的新假說，即Hox基因背腹分離的表達模式，推動了貝殼和足的多樣化，進而支持了軟體動物身體模式的多樣化。并且，該假說可以進一步擴展到更大的動物分類階元，可能是一個基本的身體模式演化機制，為理解動物多樣化事件（如寒武紀大爆發等）提供了重要參考。
副研究員郇聘和碩士研究生王倩為文章共同第一作者，研究員劉保忠為通訊作者。研究得到國家重點研發計劃項目、青島海洋科學與技術試點國家實驗室項目等聯合資助。
笠貝和石鼈Hox表達模式
軟體動物身體多樣性演化機制假說
來源：中國科學院海洋研究所
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