Zestaw narzędzi genów Evo-devo - Evo-devo gene toolkit
Zestaw narzędzi genów evo-devo to mały podzbiór genów w genomie organizmu, którego produkty kontrolują rozwój embrionalny organizmu . Geny zestawu narzędziowego mają kluczowe znaczenie dla syntezy genetyki molekularnej , paleontologii , ewolucji i biologii rozwojowej w nauce ewolucyjnej biologii rozwojowej (evo-devo). Wiele z nich jest starożytnych i wysoce zachowanych wśród gromad zwierzęcych .
zestaw narzędzi
Geny Toolkit są wysoce konserwatywne wśród typów , co oznacza, że są starożytne, sięgają ostatniego wspólnego przodka zwierząt dwustronnych . Na przykład ten przodek miał co najmniej 7 genów Pax dla czynników transkrypcyjnych .
Różnice w rozmieszczeniu genów zestawu narzędzi wpływają na plan ciała oraz liczbę, tożsamość i wzór części ciała. Większość genów toolkit są składnikami szlaków przekazywania sygnału i kodowało wytwarzania czynników transkrypcyjnych adhezyjnych białek powierzchni komórki receptorów białka (Sygnalizacja ligandy, które wiążą się z nich), a wydzielane morfogenów , wszystkie z nich uczestniczy w określaniu los niezróżnicowanych komórek, generujących wzorce przestrzenne i czasowe, które z kolei tworzą plan ciała organizmu. Wśród najważniejszych genów zestawu narzędziowego są te z klastra genów Hox lub kompleksu. Geny Hox, czynniki transkrypcyjne zawierające szerzej rozprzestrzeniony motyw DNA wiążący białka homeoboksowe , działają we wzorcowaniu osi ciała. Tak więc, poprzez kombinatoryczne określenie tożsamości poszczególnych obszarów ciała, geny Hox określają, gdzie w rozwijającym się zarodku lub larwie będą rosły kończyny i inne segmenty ciała . Wzorcowym gen Toolkit Pax6 / bezokie , który steruje oczu formacji wszystkich zwierząt. Stwierdzono , że wytwarza oczy u myszy i Drosophila , nawet jeśli mysz Pax6/eyeless została wyrażona w Drosophila .
Oznacza to, że duża część ewolucji morfologicznej, której podlegają organizmy, jest produktem zmienności zestawu narzędzi genetycznych, czy to poprzez zmianę wzorca ekspresji genów, czy też nabycie nowych funkcji. Dobrym przykładem pierwszego jest powiększenie dzioba u zięby darwina ( Geospiza magnirostris ), w którym gen BMP odpowiada za większy dziób tego ptaka w porównaniu z innymi ziębami.
Utrata nóg u węży i innych łuskonośnych to kolejny dobry przykład zmiany wzorca ekspresji genów. W tym przypadku gen bez dystalny jest bardzo słabo lub wcale nie wyrażany w regionach, w których u innych czworonogów formowałyby się kończyny . W 1994 roku zespół Seana B. Carrolla dokonał „przełomowego” odkrycia, że ten sam gen determinuje wzór oczodołu na skrzydłach motyla , pokazując, że geny zestawu narzędziowego mogą zmienić swoją funkcję.
Geny zestawu narzędzi, oprócz tego, że są wysoce konserwatywne, mają tendencję do rozwijania tej samej funkcji w sposób zbieżny lub równoległy . Klasycznym tego przykładem jest wspomniany już gen bez dystalny , który odpowiada za tworzenie wyrostków zarówno u czworonogów, jak i owadów, czy też, w mniejszej skali, generowanie wzorów skrzydeł u motyli Heliconius erato i Heliconius melpomene . Te motyle są naśladowcami Müllera, których wzór ubarwienia powstał w różnych wydarzeniach ewolucyjnych, ale jest kontrolowany przez te same geny. Potwierdza to teorię ułatwionej zmienności Marca Kirschnera i Johna C. Gerharta , która stwierdza, że morfologiczna nowość ewolucyjna jest generowana przez zmiany regulacyjne w różnych członkach dużego zestawu zachowanych mechanizmów rozwoju i fizjologii.