Набор инструментов для гена Evo-DevO - Evo-devo gene toolkit

Выражение всех 8 Hox-гены в плодовой мушке Drosophila melanogaster

В набор инструментов для генов evo-DevO небольшое подмножество гены в организме геном чьи продукты контролируют эмбриональное развитие. Инструментарий генов играют центральную роль в синтезе молекулярная генетика, палеонтология, эволюция и биология развития в науке о эволюционная биология развития (эво-дево).

Инструментарий

Гены инструментария очень консервированный среди тип, что означает, что они древние, восходят к последний общий предок билатерианских животных. Например, у этого предка было не менее 7 Гены pax за факторы транскрипции.[1]

Различия в развертывании генов набора инструментов влияют на план тела и количество, идентичность и структуру частей тела. Большинство генов инструментального набора являются компонентами сигнальных путей и кодируют продукцию факторов транскрипции, клеточная адгезия белки, поверхность клетки рецептор белки (и сигнальные лиганды которые связаны с ними), и секретные морфогены, все они участвуют в определении судьбы недифференцированных клеток, генерируя пространственные и временные паттерны, которые, в свою очередь, формируют план тела организма. Среди наиболее важных генов инструментария - гены Hox ген кластер или комплекс. Hox-гены, факторы транскрипции, содержащие более широко распространенные гомеобокс белок-связывающий мотив ДНК, формирующий структуру оси тела. Таким образом, комбинаторно определяя идентичность определенных участков тела, Hox-гены определяют, где конечности и другие тело сегменты будут расти в развивающихся эмбрион или же личинка. А парадигматический инструментарий ген Pax6 / безглазый, который контролирует глаз образование у всех животных. Было обнаружено, что у мышей появляются глаза и Дрозофила, даже если мышь Pax6 / безглазый было выражено в Дрозофила.[2]

Это означает, что большая часть морфологической эволюции организмов является продуктом вариаций в генетическом наборе инструментов, которые либо изменяются генами, либо приобретают новые функции. Хорошим примером первого является увеличение клюва у большого земляного вьюрка Дарвина (Geospiza magnirostris ), в котором ген BMP отвечает за более крупный клюв этой птицы по сравнению с другими зябликами.[3]

Потеря ног в змеи и другие чешуйчатые еще один хороший пример того, как гены меняют характер своей экспрессии. В этом случае ген Без дистального очень недооценен или не выражен совсем в тех регионах, где конечности могли бы сформироваться в других четвероногие.[4]В 1994 г. Шон Б. Кэрролл команда сделала «революционное» открытие, что этот же ген определяет узор пятна в бабочка крылья, показывая, что гены набора инструментов могут изменять свою функцию.[5][6][7]

Гены Toolkit не только являются высококонсервативными, но и обладают той же функцией. конвергентно или же в параллели. Классическими примерами этого являются уже упомянутые Без дистального ген, который отвечает за формирование придатков как у четвероногих, так и у насекомых, или, в более мелком масштабе, формирование рисунка крыльев у бабочек Геликоний Эрето и Геликоний мелпомен. Эти бабочки Мюллеров подражает чья окраска возникла в разных эволюционных событиях, но контролируется одними и теми же генами.[8]Это поддерживает Марк Киршнер и Джон К. Герхарт теория Облегченная вариация, который утверждает, что морфологическая эволюционная новизна генерируется регуляторными изменениями в различных членах большого набора консервативных механизмов развития и физиологии.[9]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Фридрих, Маркус (2015). «Обновление инструментария по генам Evo-Devo: по крайней мере семь подсемейств факторов транскрипции Pax в последнем общем предке двунаправленных животных Авторы». Эволюция и развитие. 17 (5): 255–257. Дои:10.1111 / ede.12137. PMID  26372059. S2CID  5414439.
  2. ^ Xu, P. X .; Ву, я .; Her, H .; Beier, D. R .; Маас, Р. Л. (1997). «Мышиные гомологи Eya отсутствующего гена глаз Drosophila требуют Pax6 для экспрессии в хрусталике и носовой плакоде». Разработка. 124 (1): 219–231. PMID  9006082.CS1 maint: ref = harv (связь)
  3. ^ Абжанов, А .; Protas, M .; Grant, B.R .; Grant, P.R .; Табин, К. Дж. (2004). «Bmp4 и морфологическая вариация клювов у зябликов Дарвина». Наука. 305 (5689): 1462–1465. Bibcode:2004Научный ... 305.1462A. Дои:10.1126 / science.1098095. PMID  15353802. S2CID  17226774.
  4. ^ Cohn, M. J .; Щекотка, К. (1999). «Этнические основы безногости и осевого рисунка у змей». Природа. 399 (6735): 474–479. Bibcode:1999Натура.399..474C. Дои:10.1038/20944. PMID  10365960. S2CID  4309833.
  5. ^ Beldade, P .; Брейкфилд, П. М .; Лонг, A.D. (2002). «Вклад Distal-less в количественную изменчивость глазных пятен бабочек». Природа. 415 (6869): 315–318. Дои:10.1038 / 415315a. PMID  11797007. S2CID  4430563.
  6. ^ Вернер, Томас (2015). "Леопардовые пятна и полосы зебры на крыльях плодовой мушки". Природное образование. 8 (2): 3.
  7. ^ Кэрролл, Шон Б.; и другие. (1994). «Формирование узора и определение глазков на крыльях бабочки». Наука. 265 (5168): 109–114. Bibcode:1994Наука ... 265..109C. Дои:10.1126 / science.7912449. PMID  7912449.
  8. ^ Baxter, S.W .; Папа, Р .; Чемберлен, Н .; Humphray, S.J .; Joron, M .; Morrison, C .; французский-Constant, R.H .; McMillan, W. O .; Джиггинс, К. Д. (2008). «Конвергентная эволюция в генетической основе мюллеровской мимикрии у бабочек Heliconius». Генетика. 180 (3): 1567–1577. Дои:10.1534 / генетика.107.082982. ЧВК  2581958. PMID  18791259.
  9. ^ Герхарт, Джон; Киршнер, Марк (2007). «Теория облегченной вариации». Труды Национальной академии наук. 104 (Suppl1): 8582–8589. Bibcode:2007PNAS..104.8582G. Дои:10.1073 / pnas.0701035104. ЧВК  1876433. PMID  17494755.