圖為笠貝和石鱉Hox表達模式
12月23日，美國科學院院刊PNAS在線刊發中科院海洋所劉保忠課題組題為「Dorsoventral decoupling of Hox gene expression underpins the diversification of molluscs」的研究論文。該研究基於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，為理解動物的演化機制提供了嶄新的視角。
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（牡蠣、扇貝、各種蛤等）、腹足類（海螺、笠貝、海兔等）、頭足類（章魚、烏賊、鸚鵡螺等）身體模式差異極大；其餘較小的類群如掘足綱（角貝）、多板綱（石鱉）、無板綱、單板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。本論文針對兩種演化關係較遠的軟體動物（笠貝和石鱉）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，實則隱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，分別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於軟體動物Hox基因共線性表達的爭論，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。基於對這個深層次的規律的新認知，研究團隊提出了關於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。並且，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。