肢體發育是研究形態發生素梯度（morphogen gradient）、位置資訊（positional information）理論和組織器互作（organizer interaction）的黃金模型系統。
肢芽啟動的分子邏輯
肢芽位置由 Hox 基因的共線性表達劃定，但啟動的觸發涉及視黃酸（RA）與 FGF 的拮抗。RA 由側板中胚層合成，在肢芽區域誘導 Tbx5（前肢）或 Tbx4（後肢）的表達。然而，Tbx4/5 的功能是否在於指定肢體身份（前肢 vs 後肢）或單純啟動肢芽生長仍有爭議——Tbx4 的 limb-specific 增強子替換 Tbx5 後仍能產生正常前肢（Minguillon et al., 2012, Development），暗示 Tbx4/5 的差異可能次於 Pitx1 等下游因子。
FGF10（間質）→FGFR2b（外胚層）→FGF8（AER）的正回饋迴路是肢芽生長的引擎（Ohuchi et al., 1997, Development）。AER-FGF 的功能冗餘極高——小鼠中需同時敲除 FGF4/8/9/17 四個基因才完全阻斷肢體發育（Mariani et al., 2008, Nature）。
SHH 形態發生素梯度與位置資訊
ZPA 的 SHH 是驗證 Wolpert 位置資訊理論（Wolpert, 1969, J Theor Biol）的經典系統。SHH 的時間-濃度整合模型（時間 × 濃度 = 累積暴露量）而非單純濃度閾值，決定指的身份（Harfe et al., 2004, Cell）：第 5 指需要長時間高 SHH 暴露，第 4 指需要中等暴露，第 2-3 指只需短暫低暴露，第 1 指完全不需 SHH。SHH 的遠距離擴散機制涉及 Dispatched 依賴的配體釋放和 HSPG（硫酸乙醯肝素蛋白聚醣）介導的擴散限制。
SHH 的下游轉導通過 Gli 家族轉錄因子的活化子/抑制子比例實現：SHH 結合 Patched（Ptch1）→解除 Smoothened（Smo）抑制→Gli3 全長活化子（Gli3A）取代 Gli3 抑制子形式（Gli3R）。前側（無 SHH）的 Gli3R 高→抑制後側基因→指定前側身份；後側（SHH 高）的 Gli3A 高→活化 Hoxd 基因簇的 5' 端成員（Hoxd10-13）→指定後側指身份（Litingtung et al., 2002, Nature）。
近-遠軸的模型爭議
經典的 Progress Zone 模型（Summerbell & Wolpert, 1973）認為 AER 下方的 progress zone 細胞根據停留時間獲得位置資訊。但命運圖譜（fate mapping）和細胞增殖動態研究支持替代的「早期規格化」模型（early specification）——近、中、遠端的祖細胞在肢芽早期就已被規格化，AER-FGF 主要維持其存活和擴增（Dudley et al., 2002, Science）。目前的共識是折衷的「兩階段」模型：早期存在粗糙的近遠軸預圖式化，隨後的生長和信號精煉微調最終身份。
指間凋亡與指數決定
指頭之間的細胞命運由 BMP 信號決定。指間區的 BMP2/4/7 活化 Msx2 和 caspase 級聯誘導凋亡；指原基（digital ray）中的 BMP 拮抗因子 Noggin 和 Gremlin 保護指細胞免於凋亡（Merino et al., 1999, Development）。鴨足和蝙蝠翼的指間蹼保留是因為 Gremlin 在指間區的異位表達（Weatherbee et al., 2006, PNAS）——演化透過調控元件的改變重塑了形態。
肢體演化發育學（Evo-Devo）
蛇的肢體退化與 ZPA 增強子（ZRS, ZPA regulatory sequence）的突變有關。ZRS 是距離 SHH 基因約 1 Mb 的長距離增強子，蟒蛇的 ZRS 累積了多個突變導致 SHH 在肢芽中無法表達（Kvon et al., 2016, Cell）。將蟒蛇 ZRS 以 CRISPR 替換入小鼠後，產生嚴重的肢體截斷——證明單一增強子的退化足以導致整條肢體的喪失。