Odkritja, lastnosti in evolucija genov Hox



The genov Hox so velika genska družina, ki je odgovorna za urejanje razvoja telesnih struktur. Najdeni so bili v vseh metazojih in drugih linijah, kot so rastline in živali. Za njih je značilno, da so evolucijsko zelo ohranjeni.

Ti geni delujejo na naslednji način: kodirajo za transkripcijski faktor - beljakovino, ki je sposobna interakcije z DNK -, ki se izraža na določenem področju posameznika že v zgodnji fazi razvoja. Ta DNA vezna sekvenca se imenuje homeobox.

S skoraj 30-letnimi raziskavami na tem področju so znanstveniki preučevali različne linije in ugotovili, da so vzorci izražanja teh genov močno povezani z regionalizacijo telesnih osi..

Ti dokazi kažejo, da so geni Hox igrali so nepogrešljivo vlogo pri razvoju telesnih načrtov živih bitij, zlasti v Bilateriji. Torej, geni Hox omogočili razložiti veličastno raznolikost živalskih oblik z molekularnega vidika.

V ljudeh imamo 39 genov Hox. Ti so razvrščeni v štiri grozda ali skupine, ki se nahajajo v različnih kromosomih: 7p15, 17q21.2, 12q13 in 2q31.

Indeks

  • 1 Odkritje
  • 2 Kaj so Hox geni?
    • 2.1 Terminologija
  • 3 Značilnosti
  • 4 Razvoj Hox genov
    • 4.1 Izvor vretenčarjev
  • 5 Reference

Odkritje

Odkritje genov Hox bil je mejnik v evolucijski in razvojni biologiji. Ti geni so bili odkriti med 70-im in 80-imi zaradi opazovanja dveh ključnih mutacij v plodovi muhi, Drosophila melanogaster.

Ena od mutacij, antenepe, transformira antene v noge, medtem ko mutacija bithorax povzroča transformacijo halterijev (modificiranih struktur, značilnih za žuželke s krili) v drugem paru kril.

Kot je razvidno, ko geni Hox mutacije, rezultat tega je precej dramatičen. In, kot v Drosophila, sprememba vodi k oblikovanju struktur na napačnih mestih.

Pred odkritjem genov Hox, Večina biologov je menila, da je morfološka raznolikost podprta z različnimi DNK. Logično je bilo domnevati, da bi se morale očitne razlike med kitom in kolibrijem, na primer, odražati v genetskih izrazih..

S prihodom genov Hox, ta misel se je popolnoma obrnila, da bi se umaknila nova paradigma v biologiji: skupna pot genetskega razvoja, ki združuje ontogenijo metazoanov.

Kaj so Hox geni?

Pred definiranjem pojma genov Hox, Bistveno je vedeti, kaj je gen in kako deluje. Geni so zaporedja DNA, katerih sporočilo je izraženo v fenotipu.

Sporočilo DNK je zapisano v nukleotidih, v nekaterih primerih se prenašajo v RNA, kar ribosomi prevedejo v zaporedje aminokislin - strukturnih "blokov" proteinov..

Geni Hox so najbolj znani razred homeotičnih genov, katerih funkcija je nadzor specifičnih vzorcev telesnih struktur. Ti so odgovorni za nadzor identitete segmentov vzdolž antero-posteriorne osi živali.

Spadajo v eno gensko družino, ki kodira protein, ki ima specifično aminokislinsko sekvenco, ki je sposobna interakcije z molekulo DNA..

Od tod izhaja izraz homeobox, ki opisuje ta odsek v genu, medtem ko se v proteinu imenuje homeodomain. Homeoboks sekvenca ima zaporedje 180 baznih parov in ta področja so evolucijsko zelo ohranjena med različnimi Phyla.

Zahvaljujoč tej interakciji z DNA, geni Hox lahko regulirajo transkripcijo drugih genov.

Terminologija

Vključeni geni so omenjene morfološke funkcije loci homeotično V živalskem kraljestvu so najpomembnejši lokusi HOM (v nevretenčarjih) in lokusih Hox (pri vretenčarjih). Vendar pa so splošno znani kot lokusi Hox.

Funkcije

Geni Hox Imajo vrsto zelo posebnih in zanimivih lastnosti. Ti ključni vidiki pomagajo razumeti njegovo delovanje in njegovo potencialno vlogo v evolucijski biologiji.

Ti geni so organizirani v "genske komplekse", kar pomeni, da se nahajajo blizu kromosomov - glede na njihovo prostorsko lokacijo..

Druga značilnost je presenetljiva korelacija, ki obstaja med vrstami genov v zaporedju DNA in antero-posteriorno lokacijo produktov teh genov v zarodku. Dobesedno so geni, ki gredo naprej, v tem položaju.

Na enak način, poleg prostorske kolinearnosti, obstaja tudi časovna korelacija. Geni, ki se nahajajo na 3 'koncu, se pojavijo prej v razvoju posameznika, v primerjavi s tistimi, ki jih najdemo nazaj.

Geni Hox spadajo v razred ANTP, ki vključuje tudi gene Za Hoxa (v povezavi s temi), geni NK in drugimi.

Razvoj genov Hox

Geni ANTP razreda niso bili metazoanov. V evolucijski evoluciji te skupine živali je bila porifera prva skupina, ki se je ločila, sledili pa so ji cidari. Ti dve liniji predstavljata dve osnovni skupini bilaterados.

Genetska analiza na znani gobici Amphimedon queenslandica - njegova slava je posledica genov za živčni sistem - je pokazala, da ima ta porifere več genov tipa NK, vendar ni genov Hox o Za Hoxa.

V njiju niso poročali o nobenem genu Hox kot take, da izpolnjujejo zgoraj navedene značilnosti. Vendar pa obstajajo geni Hox-like.

Po drugi strani imajo nevretenčarji eno gručo Hox, medtem ko imajo vretenčarji več kopij. To dejstvo je bilo ključno in je spodbudilo razvoj teorij o razvoju skupine.

Izvor vretenčarjev

Klasični pogled na ta vidik dokazuje, da so štirje grozdi genov v človeškem genomu nastali zaradi dveh krogov replikacije celotnega genoma. Vendar pa je razvoj novih tehnologij zaporedja dvomil o teoriji.

Novi dokazi potrjujejo hipotezo o majhnih dogodkih (podvajanje segmentov, individualno podvajanje genov in translokacije), ki so dosegli veliko število genov. Hox da danes opažamo v tej skupini.

Reference

  1. Acampora, D., D'esposito, M., Faiella, A., Pannese, M., Migliaccio, E., Morelli, F., ... & Boncinelli, E. (1989). Človek HOX genske družine. Raziskave nukleinskih kislin, 17(24), 10385-10402.
  2. Ferner, D. E. (2011). Hox in Za Hoxa genov v evoluciji, razvoju in genomiki. Genomika, proteomika in bioinformatika, 9(3), 63-4.
  3. Hrycaj, S. M., & Wellik, D. M. (2016). Hox genov in evolucije. F1000Raziskava, 5, F1000 Fakulteta Rev-859.
  4. Lappin, T.R., Grier, D.G., Thompson, A., & Halliday, H.L. (2006). HOX geni: zapeljiva znanost, skrivnostni mehanizmi. Medicinska revija Ulster, 75(1), 23-31.
  5. Pearson, J.C., Lemons, D., & McGinnis, W. (2005). Moduliranje Hox genskih funkcij pri vzorčenju telesa živali. Nature Reviews Genetics, 6(12), 893.