法國蒙特利爾臨床研究所（Institut de recherches cliniques de Montréal，IRCM）Marie Kmita博士和他的研究團隊負責(zé)了一個多學(xué)科研究項目,。該研究證實了我們手指和腳趾的形成機制,。并且,，該研究團隊還證實，在鰭到四肢的過度進化中，有一個調(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€模型形成的模型理論（圖靈模型）提供了實驗證據(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)（催化劑或一個阻遏劑）如何激發(fā)最初的等效細胞形成復(fù)雜的形狀和結(jié)構(gòu)。
該研究結(jié)果的共同作者,，Kmita博士實驗室的博士后Rushikesh Sheth說：“模型形成的圖靈模型一直存在著爭議,，原因在于該模型缺乏實驗數(shù)據(jù)的支持。通過對四肢發(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,，是一個類圖靈機制。”,。
人和其他哺乳動物中,，胚胎的發(fā)育是受到調(diào)控的，而調(diào)控這個基因的“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博士和他研究團隊的數(shù)學(xué)測試證實了。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)果進一步支持了,，Hox基因在鰭到四肢的過度進化中的關(guān)鍵作用。”,。(生物谷Bioon.com)
DOI: 10.1126/science.1226804
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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.
