芝加哥大学的科学家们发现，在早期胚胎发育过程中，新生基因能够快速夺取对基础功能的控制权。他们发现的这个基因只存在于一类特殊的摇蚊中，决定着胚胎发育时头尾模式的形成。研究表明，基础生物过程在遗传学上的进化改变，比人们之前想象的更加频繁。

    芝加哥大学副教授Urs Schmidt-Ott说“在摇蚊中，驱动胚胎极性的基因并不保守，进化替代事件(evolutionary replacement)一点也不罕见，新基因控制早期发育通路的频率远远高于我们的预期。”

    在果蝇及其近亲中，bicoid基因决定胚胎的哪一端发育成为头哪一端成为尾。不过，绝大多数蚊蝇缺乏bicoid，人们并不清楚它们是怎样建立头-尾极性的。之前的摇蚊研究发现，用紫外线或者RNase处理胚胎前部，会使胚胎形成两个尾部而缺乏头部，这说明头部形成受到局部RNA的控制。

    Schmidt-Ott领导研究团队分析和比较了摇蚊胚胎前部和后部的基因表达水平，鉴定了头-尾极性形成所必需的一个特殊基因，panish。如果这个基因被沉默，早期摇蚊胚胎就会发展成两个尾部，添加panish基因产物可以使这些胚胎恢复正常。

    虽然panish和bicoid功能基本相同，但它们的结构并无关连，而且存在于完全不同的物种中。这两个基因都能调控与结构模式有关的基因，只不过panish起抑制作用，bicoid起激活作用。

    研究人员发现，panish并不存在于摇蚊以外的蚊蝇中，说明这是一个获得了调控头-尾极性功能的新生基因。他们还分析了bicoid的出现频率，发现这个基因在进化过程中频繁发生丢失或大幅改变。

    头尾模式的形成在早期胚胎发育中是非常重要的，但控制这一过程的基因在蚊蝇中并不保守，常会被新生基因取代。这一发现开辟了许多新的研究方向，比如基因是如何担任新角色的，这类事件为何如此频繁，它们有什么共同的特征。Schmidt-Ott及其同事就这些问题展开了进一步的研究。

“新生基因能够在短时间内夺取对基础过程的控制权，这非常惊人，”Schmidt-Ott说。“我们已经发现了四个这样的事件，这很可能只是‘冰山一角’。”

    原文链接：A cysteine-clamp gene drives embryo polarity in the midge Chironomus

    原文摘要：In the common fruit fly Drosophila, head formation is driven by a single gene, bicoid, which generates head-to-tail polarity of the main embryonic axis. Bicoid deficiency results in embryos with tail-to-tail polarity and no head. However, most insects lack bicoid, and the molecular mechanism for establishing head-to-tail polarityis poorly understood. We have identified a gene that establishes head-to-tail polarity of the mosquito-like midge, Chironomus riparius. This gene, named panish, encodes a cysteine-clamp DNA binding domain and operates through a different mechanism than bicoid. This finding, combined with the observation that the phylogenetic distributions of panish and bicoid are limited to specific families of flies, reveals frequent evolutionary changes of body axis determinants and a remarkable opportunity to study gene regulatory network evolution.