哪些基因控制着使我们看起来像现在这样的定义特征?他们是如何做到的?1990年，加州大学圣地亚哥分校生物学家威廉·麦金尼斯进行了一项开创性的实验，帮助科学家解开了称为Hox基因的高级控制基因如何塑造我们的外表特征。“麦金尼斯实验”为理解Hox基因在决定物种的统一外观方面的作用铺平了道路，从人类到黑猩猩再到苍蝇。

McGinnis是细胞与发育生物学名誉教授和生物科学部前院长，他帮助发现了一个定义的DNA区域，他称之为“同源盒”，这是一个指导解剖发育的基因序列。自从现在著名的McGinnis实验以来，进化和发育生物学家一直在思考这些极具影响力的Hox基因如何决定不同身体区域的身份。

三十多年后，一项研究于11月10日发表在《科学进展》杂志上，由加州大学圣地亚哥分校博士后学者AnkushAuradkar领导，该研究由共同作者McGinnis和研究资深作者EthanBier指导，有助于回答有关Hox基因如何发挥作用的问题。

现已成为教科书的McGinnis实验测试了由人类或小鼠Hox基因产生的蛋白质是否可以在果蝇中发挥作用。跟随这些脚步，这项新研究利用现代CRISPR基因编辑来研究Hox基因功能的所有方面是否可以在普通实验室果蝇(黑腹果蝇)中被替换为来自一种罕见的夏威夷表亲(果蝇)，它有一张非常不同的脸。

加州大学圣地亚哥分校生物学家威廉麦金尼斯。图片来源：加州大学圣地亚哥分校

有问题的基因，长鼻科，会清楚地揭示自己，因为它指导了截然不同的嘴部的形成——在D.mel中是光滑和海绵状的，但在D.mel中更像烤架(类似于捕食者科幻电影中外星人的脸)。嗯。

研究合著者EmilyBulger首先从夏威夷火山国家公园收集了臭名昭著的难以繁殖的D.mim样本，以及已知昆虫食用的唯一本地水果(无患子树——夏威夷无患子)，以建立比尔实验室的临时殖民地。随后，Auradkar与合著者SushilDevkota合作破译了D.mimproboscipedia基因的基因组序列，该基因的长度接近44,000个碱基。研究人员随后删除了D.melproboscipedia基因，并用相同的D.mim版本替换了它。

正如麦金尼斯所预测的那样，新的结果表明，D.mel优美的面部结构是D.mim粗糙特征的“赢家”。的一个特点D.MIM，但是，在实验过程中做表面：所谓的下颚须感觉器官从脸上粘了D.梅尔，而不是平行展开，因为他们在做饲养口器D.MIM。Auradkar使用复杂的遗传工具来确定这种差异的基础，并将其追踪到长鼻基因激活模式的变化(控制区域变化)。

该实验的结果有助于回答关于Hox基因是否充当“主”调控基因的问题，这些基因决定了生物体的不同身体部位。或者，正如McGinnis所提出的，Hox基因是否提供抽象的位置代码并充当最有利于生物体的下游基因的支架。除了上颌触须外，新的结果表明McGinnis的脚手架想法被证明是正确的。

麦金尼斯说，除了对进化生物学的影响之外，这些结果还有助于解释植根于人类基本遗传过程的发育问题。

“这些苍蝇研究为深入进化时间提供了一个窗口，并告诉我们进化过程中身体计划变化的机制，”比尔说。“这些见解可能有助于更好地了解与人类先天性出生缺陷相关的过程。随着用于人类治疗的强大的新的基于CRISPR的基因组编辑系统的出现，可能会制定新的策略来减轻一些影响在这些经常使人衰弱的情况中。”