efekty uczenia się

  • opisują rolę, jaką geny Hox odgrywają w rozwoju

od początku XIX wieku naukowcy zaobserwowali, że wiele zwierząt, od bardzo prostych do złożonych, miało podobną morfologię i rozwój embrionalny. Co zaskakujące, embrion ludzki i embrion żaby, na pewnym etapie rozwoju embrionalnego, wyglądają niezwykle podobnie! Przez długi czas naukowcy nie rozumieli, dlaczego tak wiele gatunków zwierząt wyglądało podobnie podczas rozwoju embrionalnego, ale bardzo różniło się od dorosłych. Zastanawiali się, co dyktowało kierunek rozwoju muchy, myszy, żaby czy ludzkiego embrionu. Pod koniec XX wieku odkryto szczególną klasę genów, które miały tę właśnie pracę. Te geny, które determinują strukturę zwierząt, nazywane są” genami homeotycznymi ” i zawierają sekwencje DNA zwane homeoboksami. Geny z homeoboksami kodują czynniki transkrypcyjne białek. Jedna grupa genów zwierzęcych zawierających sekwencje homeobox jest określana jako geny Hox. Ten klaster genów jest odpowiedzialny za określenie ogólnego planu ciała, takich jak liczba segmentów ciała zwierzęcia, liczba i rozmieszczenie przydatków, i kierunkowość głowa-ogon zwierzęcia. Pierwszymi sekwencjonowanymi genami Hox były te pochodzące od muszki owocowej (Drosophila melanogaster). Pojedyncza mutacja Hox u muszki owocowej może spowodować powstanie dodatkowej pary skrzydeł lub nawet nóg wyrastających z głowy w miejsce anten (dzieje się tak, ponieważ anteny i nogi są embriologicznymi strukturami homologicznymi, a ich pojawienie się jako anten lub nóg jest podyktowane ich powstaniem w określonych segmentach ciała głowy i klatki piersiowej podczas rozwoju). Geny Hox są znane z praktycznie wszystkich innych zwierząt.

ta ilustracja pokazuje cztery klastry genów Hox występujących u kręgowców: Hox-a, Hox-B, Hox-C i Hox-D. Istnieje 13 genów Hox, ale nie wszystkie z nich znajdują się w każdej gromadzie. Zarówno u myszy, jak i u ludzi geny 1-4 regulują rozwój głowy. Geny 5 i 6 regulują rozwój szyi. Geny 7 i 8 regulują rozwój tułowia, a geny 9-13 regulują rozwój rąk i nóg.

Rysunek 1. Pokazano tutaj homologię pomiędzy genami Hox u myszy i ludzi. Zauważ, jak ekspresja genu Hox, jak wskazano w pomarańczowym, różowym, niebieskim i zielonym cieniowaniu, występuje w tych samych segmentach ciała zarówno u myszy, jak i u człowieka. Chociaż co najmniej jedna kopia każdego genu Hox jest obecna u ludzi i innych kręgowców, niektóre geny Hox brakuje w niektórych zestawach chromosomowych.

chociaż istnieje wiele genów, które odgrywają rolę w rozwoju morfologicznym zwierzęcia, w tym inne geny zawierające homeobox, to co sprawia, że geny Hox są tak potężne, że służą jako „główne geny kontrolne”, które mogą włączać lub wyłączać dużą liczbę innych genów. Geny Hox robią to poprzez kodowanie czynników transkrypcyjnych, które kontrolują ekspresję wielu innych genów. Geny Hox są homologiczne w całym królestwie zwierząt, to znaczy sekwencje genetyczne genów Hox i ich pozycje na chromosomach są niezwykle podobne u większości zwierząt ze względu na ich obecność u wspólnego przodka, od robaków po muchy, myszy i ludzi (Rysunek 1).

geny Hox to wysoce zachowane geny kodujące czynniki transkrypcyjne, które determinują przebieg rozwoju embrionalnego u zwierząt. U kręgowców geny zostały powielone na cztery klastry: Hox-a, Hox-B, Hox-C i Hox-D. Geny w obrębie tych klastrów ulegają ekspresji w określonych segmentach ciała na określonych etapach rozwoju.

ponadto kolejność genów odzwierciedla oś przednio-tylną ciała zwierzęcia. Jednym z przyczyn zwiększonej złożoności ciała zwierząt jest to, że geny Hox przeszły co najmniej dwa, a może nawet cztery powtórzenia podczas ewolucji zwierząt, z dodatkowymi genami pozwalającymi na ewolucję bardziej złożonych typów ciała. Wszystkie kręgowce mają cztery (lub więcej) zestawy genów Hox, podczas gdy Bezkręgowce mają tylko jeden zestaw.

pytanie praktyczne

Jeśli Gen Hox 13 u myszy został zastąpiony genem Hox 1, w jaki sposób może to zmienić rozwój zwierzęcia?

Pokaż odpowiedź

zwierzę może rozwinąć dwie głowy i brak ogona.

dwa z pięciu kladów w królestwie zwierząt nie mają genów Hox: Ctenophora i Porifera. Pomimo powierzchownych podobieństw między Cnidaria i Ctenophora, Cnidaria mają wiele genów Hox, ale Ctenophora nie mają żadnego. Brak genów Hox z ctenoforów doprowadził do sugestii, że mogą one być” podstawnymi ” zwierzętami, pomimo różnicowania ich tkanek. Jak na ironię, Placozoa, które mają tylko kilka typów komórek, mają co najmniej jeden gen Hox. Obecność genu Hox w Placozoa, oprócz podobieństw w organizacji genomowej Placozoa, Cnidaria i Bilateria, doprowadziła do włączenia tych trzech grup do kladu „Parahoxozoa”. Należy jednak zauważyć, że w tym czasie reklasyfikacja królestwa zwierząt jest wciąż niepewna i wymaga znacznie więcej badań.

spróbuj

masz pomysł na ulepszenie tej treści? Będziemy wdzięczni za Twój wkład.

popraw tę stronęucz się więcej

Dodaj komentarz

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany. Wymagane pola są oznaczone *