Phát hiện gen, đặc điểm và sự tiến hóa



các gen Hox chúng là một họ gen lớn chịu trách nhiệm điều chỉnh sự phát triển của các cấu trúc cơ thể. Chúng đã được tìm thấy trong tất cả các metazoans và trong các dòng dõi khác, chẳng hạn như thực vật và động vật. Do đó, chúng được đặc trưng bởi sự tiến hóa rất bảo tồn.

Những gen này hoạt động theo cách sau: chúng mã hóa cho một yếu tố phiên mã - một protein có khả năng tương tác với DNA - được biểu hiện ở một khu vực cụ thể của cá nhân từ giai đoạn phát triển sớm nhất. Trình tự liên kết DNA này được gọi là homeobox.

Với gần 30 năm nghiên cứu trong lĩnh vực này, các nhà khoa học đã nghiên cứu các dòng dõi khác nhau và đi đến kết luận rằng các kiểu biểu hiện của các gen này có liên quan mạnh mẽ đến việc khu vực hóa các trục cơ thể..

Bằng chứng này cho thấy các gen Hox họ đã đóng một vai trò không thể thiếu trong quá trình phát triển các kế hoạch cơ thể của chúng sinh, đặc biệt là ở Bilateria. Do đó, các gen Hox đã cho phép giải thích sự đa dạng tuyệt vời của các hình dạng động vật, từ góc độ phân tử.

Ở chúng ta, con người, có 39 gen Hox. Chúng được nhóm thành bốn cụm hoặc các nhóm, nằm trong các nhiễm sắc thể khác nhau: 7p15, 17q21.2, 12q13 và 2q31.

Chỉ số

  • 1 Khám phá
  • 2 gen Hox là gì?
    • 2.1 Thuật ngữ
  • 3 đặc điểm
  • 4 Sự tiến hóa của gen Hox
    • 4.1 Nguồn gốc của động vật có xương sống
  • 5 tài liệu tham khảo

Khám phá

Việc phát hiện ra gen Hox nó là một cột mốc quan trọng trong sinh học tiến hóa và phát triển. Những gen này được phát hiện trong khoảng từ thập niên 70 đến 80 nhờ vào việc quan sát hai đột biến chính ở ruồi giấm, Drosophila melanogaster.

Một trong những đột biến, ăng ten, biến đổi ăng-ten thành chân, trong khi đột biến bithorax gây ra sự biến đổi của halteri (cấu trúc biến đổi, điển hình của côn trùng có cánh) trong một đôi cánh khác.

Có thể thấy, khi gen Hox họ có đột biến, kết quả của việc này khá kịch tính. Và, như trong Drosophila, sự thay đổi dẫn đến sự hình thành các cấu trúc ở những vị trí sai.

Trước khi phát hiện ra gen Hox, Hầu hết các nhà sinh học nghĩ rằng sự đa dạng hình thái được hỗ trợ với nhiều loại DNA. Thật hợp lý khi cho rằng sự khác biệt rõ ràng giữa một con cá voi và một con chim ruồi, chẳng hạn, nên được phản ánh bằng thuật ngữ di truyền..

Với sự xuất hiện của gen Hox, suy nghĩ này đã thay đổi hoàn toàn, nhường chỗ cho một mô hình mới trong sinh học: một con đường phát triển di truyền chung thống nhất tính sinh vật của Metazoans.

Các gen Hox là gì?

Trước khi xác định khái niệm về gen Hox, Điều cần thiết là phải biết gen là gì và nó hoạt động như thế nào. Gen là trình tự DNA có thông điệp được thể hiện trong kiểu hình.

Thông điệp của DNA được viết bằng nucleotide, trong một số trường hợp, chúng chuyển đến RNA thông tin và điều này được các ribosome dịch thành một chuỗi các axit amin - "khối" cấu trúc của protein.

Các gen Hox chúng là lớp gen gia đình nổi tiếng nhất, có chức năng kiểm soát các kiểu cấu trúc cơ thể cụ thể. Chúng chịu trách nhiệm kiểm soát danh tính của các phân đoạn dọc theo trục trước-sau của động vật.

Chúng thuộc một họ gen duy nhất mã hóa cho một protein có trình tự axit amin cụ thể có khả năng tương tác với phân tử DNA.

Đó là nơi thuật ngữ homeobox xuất phát để mô tả phần đó trong gen, trong khi trong protein, nó được gọi là homeodomain. Trình tự homeobox có một chuỗi gồm 180 cặp cơ sở và các miền này được bảo tồn rất tiến hóa giữa các Phyla khác nhau.

Nhờ sự tương tác với DNA, các gen Hox có thể điều chỉnh sự phiên mã của các gen khác.

Thuật ngữ

Các gen liên quan được cho biết chức năng hình thái được gọi là người địa phương đồng nhất Trong vương quốc động vật, quan trọng nhất được gọi là loci HOM (ở động vật không xương sống) và loci Hox (ở động vật có xương sống). Tuy nhiên, chúng thường được gọi là loci Hox.

Tính năng

Các gen Hox Họ có một loạt các đặc điểm rất đặc biệt và thú vị. Những khía cạnh quan trọng này giúp hiểu chức năng của nó và vai trò tiềm năng của nó trong sinh học tiến hóa.

Những gen này được tổ chức thành "phức hợp gen", có nghĩa là chúng nằm gần nhiễm sắc thể - về vị trí không gian của chúng.

Đặc điểm thứ hai là mối tương quan đáng ngạc nhiên tồn tại giữa thứ tự các gen trong trình tự DNA và vị trí trước sau của các sản phẩm của các gen này trong phôi. Theo nghĩa đen, các gen "đi trước" đang ở vị trí đó.

Theo cách tương tự, ngoài colinearity không gian, có một mối tương quan thời gian. Các gen nằm ở đầu 3 'xuất hiện sớm hơn trong quá trình phát triển của cá thể, so với các gen được tìm thấy trở lại.

Các gen Hox thuộc về lớp được gọi là ANTP, cũng bao gồm các gen Đối với Hox (liên quan đến những điều này), gen NK và những người khác.

Sự tiến hóa của gen Hox

Không có gen thuộc lớp ANTP là của Metazoans. Trong quá trình tiến hóa của nhóm động vật này, porifera là nhóm đầu tiên tách ra, tiếp theo là người Cnidarians. Hai dòng dõi này đại diện cho hai nhóm cơ bản của song phương.

Phân tích di truyền thực hiện trên miếng bọt biển nổi tiếng Amphimedon queenslandica - sự nổi tiếng của nó là do gen của hệ thần kinh - tiết lộ rằng porifere này có một số gen thuộc loại NK, nhưng không có gen Hox o Đối với Hox.

Ở người Cnidarians không có gen nào được báo cáo Hox như vậy, rằng họ tuân thủ các đặc điểm đã nói ở trên. Tuy nhiên, có gen Giống như Hox.

Mặt khác, động vật không xương sống sở hữu một cụm gen Hox, trong khi động vật có xương sống có nhiều bản sao. Thực tế này rất quan trọng và đã truyền cảm hứng cho sự phát triển của các lý thuyết về sự tiến hóa của nhóm.

Nguồn gốc của động vật có xương sống

Quan điểm cổ điển về khía cạnh này lập luận rằng bốn cụm gen trong bộ gen của con người bắt nguồn nhờ hai vòng sao chép của toàn bộ bộ gen. Tuy nhiên, sự phát triển của các công nghệ giải trình tự mới đã đặt ra nghi ngờ về lý thuyết.

Bằng chứng mới ủng hộ giả thuyết liên quan đến các sự kiện quy mô nhỏ (sao chép các phân đoạn, sao chép riêng lẻ các gen và dịch mã) đã đạt được số lượng gen cao Hox mà hôm nay chúng tôi quan sát trong nhóm này.

Tài liệu tham khảo

  1. Acampora, D., D'esposeito, M., Faiella, A., Pannese, M., Migliaccio, E., Morelli, F., ... & Boncinelli, E. (1989). Con người HOX họ gen. Nghiên cứu axit nucleic, 17(24), 10385-10402.
  2. Dương xỉ, D. E. (2011). Hox và Đối với Hox gen trong quá trình tiến hóa, phát triển và genomics. Genomics, proteomics & tin sinh học, 9(3), 63-4.
  3. Hrycaj, S. M., & Wellik, D. M. (2016). Hox gen và tiến hóa. Nghiên cứu F1000, 5, Khoa F1000 Rev-859.
  4. Lappin, T. R., Grier, D.G., Thompson, A., & Halliday, H.L. (2006). Gen HOX: khoa học quyến rũ, cơ chế bí ẩn. Tạp chí y khoa Ulster, 75(1), 23-31.
  5. Pearson, J. C., Lemons, D., & McGinnis, W. (2005). Điều chế Hox chức năng gen trong quá trình tạo hình cơ thể động vật. Tự nhiên Nhận xét Di truyền học, 6(12), 893.