法國蒙特利爾臨床研究所（Institut de recherches cliniques de Montréal,，IRCM）Marie Kmita博士和他的研究團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)了一個(gè)多學(xué)科研究項(xiàng)目,。該研究證實(shí)了我們手指和腳趾的形成機(jī)制。并且,，該研究團(tuán)隊(duì)還證實(shí),，在鰭到四肢的過度進(jìn)化中，有一個(gè)調(diào)控基因起到了至關(guān)重要的作用,。該突破性的研究結(jié)果于今天發(fā)表在了赫赫有名的《科學(xué)》雜志（Science）上,。
結(jié)合遺傳研究和數(shù)學(xué)建模之后，科學(xué)家們?yōu)橐粋€(gè)模型形成的模型理論（圖靈模型）提供了實(shí)驗(yàn)證據(jù),。早在1952年,，英國數(shù)學(xué)家、邏輯學(xué)家,、密碼學(xué)家,，阿蘭圖靈（1912-1954）就為模型的形成提出了一個(gè)數(shù)學(xué)方程式。該模型描述了,，均勻分布的物質(zhì)（催化劑或一個(gè)阻遏劑）如何激發(fā)最初的等效細(xì)胞形成復(fù)雜的形狀和結(jié)構(gòu),。
該研究結(jié)果的共同作者，Kmita博士實(shí)驗(yàn)室的博士后Rushikesh Sheth說：“模型形成的圖靈模型一直存在著爭(zhēng)議,，原因在于該模型缺乏實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的支持,。通過對(duì)四肢發(fā)育過程中Hox基因（Hox genes，全名homeotic genes,，同源基因或同源異型基因,。是生物體中一類專門調(diào)控生物形體的基因，一但這些基因發(fā)生突變,，就會(huì)使身體的一部分變形,。）的研究，我們有史以來第一次發(fā)現(xiàn),，我們手指和腳趾形成的過程,，是一個(gè)類圖靈機(jī)制。”。
人和其他哺乳動(dòng)物中,，胚胎的發(fā)育是受到調(diào)控的,，而調(diào)控這個(gè)基因的“工程師”就是一類被叫做Hox基因（Hox genes）的基因。這些基因?qū)τ谏眢w的正確定位是必須的,。它們規(guī)定著功能細(xì)胞形成正確的器官和骨骼,。
法國蒙特利爾臨床研究所主任博士Marie Kmita說：“我們的遺傳研究表明，Hox基因是類圖靈機(jī)制的調(diào)節(jié)器,。該研究結(jié)果已經(jīng)被我們的合作者James Sharpe博士和他研究團(tuán)隊(duì)的數(shù)學(xué)測(cè)試證實(shí)了,。再者，我們的研究發(fā)現(xiàn),，大量降低小鼠中Hox基因后,，小鼠的手指極端地發(fā)育成了魚鰭。這些研究結(jié)果進(jìn)一步支持了,，Hox基因在鰭到四肢的過度進(jìn)化中的關(guān)鍵作用,。”。(生物谷Bioon.com)
DOI: 10.1126/science.1226804
PMC:
PMID:
Hox Genes Regulate Digit Patterning by Controlling the Wavelength of a Turing-Type Mechanism
Rushikesh Sheth1,*,†, Luciano Marcon2,3,*, M. Félix Bastida1,4, Marisa Junco1, Laura Quintana2,3, Randall Dahn5, Marie Kmita6,‡, James Sharpe2,3,7,‡, Maria A. Ros1,4,‡
The formation of repetitive structures (such as stripes) in nature is often consistent with a reaction-diffusion mechanism, or Turing model, of self-organizing systems. We used mouse genetics to analyze how digit patterning (an iterative digit/nondigit pattern) is generated. We showed that the progressive reduction in Hoxa13 and Hoxd11-Hoxd13 genes (hereafter referred to as distal Hox genes) from the Gli3-null background results in progressively more severe polydactyly, displaying thinner and densely packed digits. Combined with computer modeling, our results argue for a Turing-type mechanism underlying digit patterning, in which the dose of distal Hox genes modulates the digit period or wavelength. The phenotypic similarity with fish-fin endoskeleton patterns suggests that the pentadactyl state has been achieved through modification of an ancestral Turing-type mechanism.
