12月23日，《美国国家科学院院刊》（PNAS）在线刊发中国科学院海洋研究所刘保忠研究组题为Dorsoventral decoupling of Hox gene expression underpins the diversification of molluscs 的研究论文。该研究基于Hox基因在软体动物早期发育中的表达模式，提出了软体动物身体模式发育演化新机制，为理解动物演化机制提供了新的视角。
软体动物是除节肢动物外的第二大动物门类，也是种类最多的海洋动物类群。软体动物的一大特点是其身体模式（body plan）存在极大的多样性，常见类群如双壳类（牡蛎、扇贝、各种蛤等）、腹足类（海螺、笠贝、海兔等）、头足类（章鱼、乌贼、鹦鹉螺等）身体模式差异极大；其余较小的类群如掘足纲（角贝）、多板纲（石鳖）、无板纲、单板纲等也各有自身独特的身体结构模式。软体动物如何发育演化出如此多样的身体模式，是一个重要的演化生物学问题。
Hox基因是动物发育的关键基因，其沿身体前后轴表达（共线性），在多数动物中表达模式十分相似。然而，软体动物Hox基因的表达模式非常多样化，其中原因尚不清楚。该论文针对两种演化关系较远的软体动物（笠贝和石鳖）的Hox基因开展了系统研究。通过对大量发育时期表达数据的对比研究和系统总结，发现这两种动物Hox表达模式看似差异极大，实则隐含了重要的共有规律：两种动物Hox基因的表达均可分为两部分，分别与背部的贝壳和腹部的足相关联。背部表达与每个类群独特的贝壳样式相关，腹部表达则在特定发育阶段呈现保守的共线性模式。这些结果一方面澄清了关于软体动物Hox基因共线性表达的争论，另一方面解释了为何在不同类群软体动物中总能观察到不同的Hox表达模式。基于对这个深层次的规律的新认知，研究团队提出了关于软体动物演化机制的新假说，即Hox基因背腹分离的表达模式，推动了贝壳和足的多样化，进而支持了软体动物身体模式的多样化。并且，该假说可以进一步扩展到更大的动物分类阶元，可能是一个基本的身体模式演化机制，为理解动物多样化事件（如寒武纪大爆发等）提供了重要参考。
副研究员郇聘和硕士研究生王倩为文章共同第一作者，研究员刘保忠为通讯作者。研究得到国家重点研发计划项目、青岛海洋科学与技术试点国家实验室项目等联合资助。
笠贝和石鳖Hox表达模式
软体动物身体多样性演化机制假说
研究团队单位：海洋研究所