WUSCHEL-relatedhomeobox（WOX）转录因子家族是一类植物特有的转录因子，因含有一段由60-66个氨基酸构成的同源异型结构域（Homeodomain，HD）而得名，该家族在植物发育的许多关键时期发挥重要作用，如茎和根顶端分生组织的建成、胚的发育、器官的形成等。这些功能的发挥与它们能够促进细胞分裂、抑制未成熟细胞的提前分化密不可分。
在植物中，WOX家族根据系统进化分为三个进化支：现代进化支（WUS进化支）包括WUS、WOX1-7；中间进化支包括WOX8、9、11、12；古老进化支包括WOX10、13、14（图1）。
图1拟南芥WOX蛋白家族的系统进化树(王俞程等,)。图2拟南芥WOX转录因子家族基因的结构示意图(vanderGraaffetal.,)。同源异型结构域（HD，红色）是该家族最突出的特征。
表1WOX转录因子的表达部位和功能(王俞程等,)。
故事二WOX9是WOX家族中研究较多的一个基因。Wu等从激活标签突变体库中筛选出功能获得型突变体stip-D，与野生型植株相比，其叶片呈波浪型（图3）、腋芽增加、花及胚珠发育异常，经比对后发现STIP基因即为WOX9基因。之前的研究发现WUS基因在茎顶端分生组织（SAM）中表达，其能调控干细胞增殖与分化的平衡。该研究表明WOX9能维持WUS基因的表达，进一步的实验表明WOX9在保持细胞分裂、抑制发芽幼苗过早分化方面起到了重要作用，其处于整合发育信号与控制细胞周期的信号通路中（图4）(Wuetal.,)。
图3STIP（WOX9）活性的变化影响植物的生长(Wuetal.,)。(B-D、F、G)使用STIP探针检测在不同组织部位STIP的表达；（E）PSTIP:GUS植株显示STIP的组织表达情况；（E-G）中的黑色箭头表示SAM；（H）野生型植株表型；（I）stip-D植株表型；（J、K）stip突变体表型；（L）野生型植株的成熟合子胚；（M-O）stip突变体的成熟合子胚。图4STIP（WOX9）在SAM处维持干细胞稳定的信号通路模型(Wuetal.,)。故事三胚胎发生是一个细胞连续增殖的过程，细胞分裂与分化之间的平衡对于控制植物胚胎大小和形状极为重要。上述研究表明STIP（WOX9）基因是胚后发育所必需，那么它在胚胎发生早期是否发挥作用呢？
对此方面的研究在年已有报道(Haeckeretal.,)，在拟南芥胚胎发育的过程中可检测到WOX9基因的表达。
图5WOX9基因的表达。（I-N）黑色箭头指示由探针表征的WOX9mRNA(Haeckeretal.,)。Wu等的研究也发现，STIP（WOX9）基因在拟南芥胚和胚后期器官发育阶段中发挥作用，其在胚早期发育阶段大量表达，随着胚不断发育，表达量逐渐减少，stip突变体因细胞无法分裂而使胚发育停止（图6），说明STIP（WOX9）基因具有促进胚内细胞增殖的功能(Wuetal.,)。
图6STIP（WOX9）不同功能缺失突变体与野生型杂交后的胚胎表型。stip-1，在STIP（WOX9）第二个内含子中插入了一个转座子；stip-2，在HD区域有一个终止密码子；stip-3，在HD区域后有一个无义突变。（A、B）表示stip-1与野生型杂交后观察到的正常鱼雷形胚与stip-1异常胚；（C-E）表示stip-2与野生型杂交后观察到的正常球状形胚与stip-2异常胚；（F-H）表示stip-3与野生型杂交后观察到的正常球状形胚与stip-3异常胚(Wuetal.,)。故事四WOX8是WOX9的旁系同源基因，Breuninger等发现严重或完全丧失功能的几个独立的wox8和wox9单突变体并未明显影响胚胎发育，这与上述发现不同，文中解释可能是由于生长条件、遗传背景所致。wox8wox9双突变体的胚胎发育异常（图7），将WOX8基因组序列或CDS序列转入wox8wox9双突变体可以恢复缺陷表型，说明在胚发育时期WOX8能够行使类似于WOX9促进细胞增殖的功能，从而调控早期胚的生长发育。
WOX2、WOX8对早期胚发育的形态建成起重要作用，WOX2在卵细胞、胚胎中表达，当胚胎经历第一次细胞分裂后，WOX2在胚胎的顶细胞表达，而WOX8在基细胞表达，它们特异地调控胚胎的顶部和基部的发育，建立胚胎的顶-基纵向轴（图8），说明在胚发育时期，WOX家族有若干成员来调控组织细胞的增殖过程(Breuningeretal.,)。
图7WOX8和WOX9是胚胎发育所必需的(Breuningeretal.,)。（F-J）显示wox8wox9双突变体在胚胎发育过程中的表型，白色箭头指示双突变体中的不正常分裂。zyg，合子胚；ac，顶端细胞；bc，基细胞；hy，根原基；cp，子叶原基。图8WOX2、WOX8、WOX9在胚胎发育过程中的表达模式图(Breuningeretal.,)。E，卵细胞；Z，合子胚；1-c，合子经不对称分裂形成一个顶细胞和一个基细胞；2-4-c，四细胞期；8-c，八细胞期。故事五植物的花序分枝决定了花的数量，进而决定了繁育的成功率和作物的产量，茄科植物番茄是研究花序发育的模式植物。Lippman等（注：Lippman是下文Cell文章的通讯作者）发现了几种经典的花序分枝发育突变体，并鉴定出其中s突变体、s-mult突变体（图9D、E，注：这两个突变体也在下文Cell文章中出现了）是由于WOX9基因的第二个内含子分别发生了错义突变（图10D）而出现了花序过度分枝(Lippmanetal.,)。
图9茄科花序和突变体表型。（B）为番茄野生型；（D）为番茄s突变体；（E）为s-mult突变体(Lippmanetal.,)。图10对突变体基因的克隆。（D）指示了s和s-mult的突变位点(Lippmanetal.,)。正常花的发育示意图显示了连续的花序共生单位（ISU）是如何分枝的，每个ISU由一个花序分生组织（SIM，带箭头的彩线）和一朵花（FM，彩色椭圆）组成（图11A上面）。扫描电子显微照片反映了由于WOX9基因的突变，花序发育出额外的SIM最终导致了分生组织的不对称发展（图11B），进而出现了花序过度分枝的表型(Lippmanetal.,)。
图11正常和突变花序的早期分枝模式。（A）花序正常发育模式；（B）s突变体的花序异常发育模式(Lippmanetal.,)。故事六了解了以上精彩的故事后，再来读最新的Cell期刊文章便能理解的更深刻些。为什么一个看起来研究的比较充分的基因仍然能发表在高水平期刊上呢？这值得大家认真思考。这篇文章更进一步解释了上述现象：为何拟南芥wox9突变体呈现胚胎致死表型，而番茄wox9突变体却呈现由于分生组织过度增殖而导致的花序过度分枝表型？
这种现象有两种解释同源基因在进化过程中出现了功能分化；
同源基因功能保守，只是基因本身由于等位变异的多样性显示出功能的多效性。
同源基因功能的分化可能来自于编码区的不同突变；
非编码区的不同突变。
为了解释这种现象，Hendelman等将目光放在了WOX9基因的启动子上，利用结合高通量测序技术的靶向开放染色质检测技术（AssayforTransposaseAccessibleChromatinwithhigh-throughputsequencing，ATAC-seq）检测了番茄分生组织内染色质开放状态，发现在WOX9启动子内主要存在四个染色质开放区。该团队将包含临近起始密码子的开放区1的一段序列称为区段I（pro-Reg1），将包含开放区2和3的一段序列称为区段II（pro-Reg2）（图12A）。之后利用高通量CRISPR编辑系统在番茄中构建了大量WOX9启动子区突变体。突变位点在区段I内部的突变体大多存在营养生长异常表型，如胚胎致死、顶端分生组织停止生长（图12D-F）；而突变位点在区段II内部的突变体大多存生长异常的表型，如花序过度分枝（图12B、C）。上述结果表明番茄WOX9基因具有多效性，且这种多效性被基因启动子区不同位置的顺式元件调控。
图12番茄WOX9基因启动子区段I和区段II分别调控胚胎和花序发育过程(Hendelmanetal.,)。接着，该团队想知道WOX9基因的多效性在进化中是否保守，因此选取茄科另一物种地樱桃（groundcherry）也进行了上述实验，发现与番茄的表型相似，说明WOX9的多效性在茄科植物中保守（图13）。
图13WOX9基因的多效性在番茄的近缘物种地樱桃中是保守的(Hendelmanetal.,)。
更进一步，WOX9的多效性是否在其它物种中保守呢？该团队进一步在十字花科拟南芥中的WOX9启动子区序列发现24个高度保守的短序列，并利用RNAi技术降低WOX9表达水平，试验发现当表达量降低一半可使拟南芥产生类似花序的结构（图14）。这表明WOX9基因的营养生长和生殖生长调控功能在不同科属的物种间高度保守。
图14WOX9的多效性在拟南芥中也是保守的(Hendelmanetal.,)。
基因功能的分化是演化的一个标志，但评估以生命演化为时间尺度的基因功能分化并非易事，原因之一是可利用的自然或人工等位基因变异资源实在是太少了。可以用于跨物种研究的少数等位基因，由于极端突变例如胚胎致死可能会掩盖高度保守的功能多效性。该团队通过高通量CRISPR技术进行WOX9基因启动子区的精细研究，解释了WOX9基因的多效性，并证实其在茄科甚至在十字花科中均保守。该团队认为靶向的顺式调控突变能够揭示保守的基因功能，从而减少作物改良过程中的不良影响，对作物改良有指导意义。
伯小远叨叨综观上述这么多精彩的故事，科学家们对一个基因的研究，从只能用探针研究基因表达，到使用突变体研究基因功能，再到高通量测序、生物信息学分析后结合CRISPR基因编辑系统研究基因功能，让我们见证了科学技术的进步驱动越来越多的知识被发现。伯小远也有几点想分享给我们亲爱的朋友：
1、对不同物种中的同源基因或者某个特定基因来说，通过基因编辑产生的突变体可能表型并不一样，这可能与设计的靶位点、
