HOX GEN: PAGTUKLAS, KATANGIAN AT EBOLUSYON - BIOLOGY - 2024

Ang mga gen ng Hox ay isang malaking pamilya ng gene na responsable sa pag-regulate ng pagbuo ng mga istruktura ng katawan. Natagpuan sila sa lahat ng mga metazoans at sa iba pang mga lahi, tulad ng mga halaman at hayop. Samakatuwid, ang mga ito ay nailalarawan sa pamamagitan ng pagiging evolutionarily napaka conservation.

Ang mga gen na ito ay gumagana tulad ng sumusunod: nag-code sila para sa isang kadahilanan ng transkrip - isang protina na may kakayahang makipag-ugnay sa DNA - na ipinahayag sa isang tiyak na lugar ng indibidwal mula sa mga pinakaunang yugto ng pag-unlad. Ang pagkakasunod-sunod ng pagbubuklod na DNA na ito ay tinatawag na isang homeobox.

Pinagmulan: Antonio Quesada Díaz, sa pamamagitan ng Wikimedia Commons

Sa halos 30 taong pananaliksik sa larangang ito, pinag-aralan ng mga siyentipiko ang iba't ibang mga linya at napagpasyahan na ang mga pattern ng expression ng mga gen na ito ay malakas na nauugnay sa regionalization ng mga axes ng katawan.

Ang katibayan na ito ay nagmumungkahi na ang mga gen ng Hox ay gumampanan ng isang kailangang-kailangan na papel sa ebolusyon ng mga plano ng katawan ng mga nabubuhay na tao, lalo na sa Bilateria. Sa gayon, posible ang mga gen ng Hox na maipaliwanag ang kahanga-hangang pagkakaiba-iba ng mga form ng hayop, mula sa isang pang-akit na pananaw.

Sa amin mga tao, mayroong 39 gen ng Hox. Ang mga ito ay napangkat sa apat na kumpol o grupo, na matatagpuan sa iba't ibang mga kromosom: 7p15, 17q21.2, 12q13 at 2q31.

Pagtuklas

Ang pagtuklas ng mga gen ng Hox ay isang milestone sa evolutionary at developmental biology. Ang mga gen na ito ay natuklasan sa pagitan ng 70s at 80s salamat sa pag-obserba ng dalawang key mutations sa fly fly, Drosophila melanogaster.

Ang isa sa mga mutasyon, antennapedia, ay nagbabago ng antennae sa mga binti, habang ang pagbago ng bithorax ay nagiging sanhi ng pagbabagong-anyo ng mga halteres (binagong mga istraktura, tipikal ng mga may pakpak na insekto) sa isa pang pares ng mga pakpak.

Tulad ng makikita, kapag ang mga gen ng Hox ay may mga mutasyon, ang resulta nito ay medyo kapansin-pansin. At, tulad ng sa Drosophila, ang pagbabago ay humahantong sa pagbuo ng mga istruktura sa mga maling lugar.

Bago matuklasan ang mga gen ng Hox, karamihan sa mga biologist ay naniniwala na ang pagkakaiba-iba ng morphological ay suportado ng iba't-ibang sa antas ng DNA. Makatarungan na ipalagay na ang mga halatang pagkakaiba-iba sa pagitan ng isang balyena at isang hummingbird, halimbawa, ay dapat na maipakita sa genetic term.

Sa pagdating ng mga gen ng Hox, ang pag-iisip na ito ay tumagal ng isang kumpletong pagliko, na nagbibigay daan sa isang bagong paradigma sa biology: isang karaniwang landas ng pag-unlad ng genetic na pinagsama ang ontogeny ng Metazoans.

Ano ang mga Hox gen?

Bago tukuyin ang konsepto ng mga gen ng Hox, mahalagang malaman kung ano ang isang gene at kung paano ito gumagana. Ang mga gene ay mga pagkakasunud-sunod sa DNA na ang mensahe ay ipinahayag sa isang phenotype.

Ang mensahe ng DNA ay nakasulat sa mga nucleotide, sa ilang mga kaso ay ipinapasa ito sa isang messenger RNA at ito ay isinalin ng ribosom sa isang pagkakasunud-sunod ng mga amino acid - ang istrukturang "mga bloke ng gusali" ng mga protina.

Ang mga Hox gen ay ang pinakamahusay na kilalang klase ng mga homeotic genes, na ang pagpapaandar ay upang makontrol ang mga tiyak na pattern ng mga istruktura ng katawan. Ang mga ito ay namamahala sa pagkontrol ng pagkakakilanlan ng mga segment sa kahabaan ng anteroposterior axis ng mga hayop.

Ang mga ito ay kabilang sa isang solong pamilya ng mga gene na may mga code para sa isang protina na may isang tiyak na pagkakasunud-sunod ng amino acid na may kakayahang makipag-ugnay sa molekula ng DNA.

Dito nagmumula ang salitang homeobox upang ilarawan ang seksyong ito sa gene, habang sa protina ito ay tinatawag na homeodomain. Ang pagkakasunud-sunod ng homeobox ay may isang pagkakasunud-sunod ng 180 mga pares ng base at ang mga domain na ito ay evolutionarily na lubos na inalagaan sa iba't ibang Phyla.

Salamat sa pakikipag-ugnay na ito sa DNA, ang mga gen ng Hox ay nagawang i-regulate ang transkripsyon ng iba pang mga gen.

Terminolohiya

Ang mga gen na kasangkot sa mga morphological function na ito ay tinatawag na homeotic loci. Sa kaharian ng hayop, ang pinakamahalaga ay kilala bilang HOM loci (sa invertebrates) at Hox loci (sa mga vertebrates). Gayunpaman, sa pangkalahatan sila ay kilala bilang Hox loci.

katangian

Ang mga gen ng Hox ay may isang serye ng mga napaka-kakaiba at kagiliw-giliw na mga katangian. Ang mga pangunahing aspeto na ito ay makakatulong upang maunawaan ang paggana nito at ang potensyal na papel nito sa evolutionary biology.

Ang mga gen na ito ay isinaayos sa "mga kumplikadong gene", na nangangahulugang malapit silang magkasama sa mga kromosom - sa mga tuntunin ng kanilang spatial na lokasyon.

Ang pangalawang tampok ay ang nakakagulat na ugnayan na umiiral sa pagitan ng pagkakasunud-sunod ng mga gene sa pagkakasunud-sunod ng DNA at ang lokasyon ng anteroposterior ng mga produkto ng mga gen na ito sa embryo. Sa literal ang mga gene na nagpapatuloy "pasulong" ay nasa posisyon na iyon.

Katulad nito, bilang karagdagan sa spatial collinearity, mayroong isang temporal na ugnayan. Ang mga gen na matatagpuan sa dulo ng 3 ay nangyari nang mas maaga sa pag-unlad ng indibidwal, kung ihahambing sa mga natagpuan pang pabalik.

Ang mga Hox gen ay kabilang sa isang klase na tinatawag na ANTP, na kasama rin ang ParaHox gen (nauugnay sa mga ito), NK gen, at iba pa.

Ebolusyon ng mga gene

Walang mga gen ng klase ng ANTP na nagmula sa mga Metazoans. Sa pagbuo ng ebolusyon ng grupong hayop na ito, ang mga porifer ang unang pangkat na naghihiwalay, na sinusundan ng mga cnidarians. Ang dalawang linya na ito ay kumakatawan sa dalawang pangkat na basal ng bilateral.

Ang pagsusuri ng genetic na isinagawa sa sikat na espongha Amphimedon queenslandica - ang katanyagan nito ay dahil sa mga gene para sa sistema ng nerbiyos - ipinahayag na ang poriferous na ito ay may maraming mga genes ng uri ng NK, ngunit walang mga gen ng Hox o ParaHox.

Ang mga Hox gen na tulad nito ay hindi naiulat sa mga cnidarians na nakakatugon sa mga nabanggit na katangian. Gayunpaman, mayroong mga gen na tulad ng Hox.

Sa kabilang banda, ang mga invertebrate ay may isang kumpol ng mga gen ng Hox, habang ang mga vertebrates ay may maraming mga kopya. Ang katotohanang ito ay naging mahalaga at naging inspirasyon sa pag-unlad ng mga teorya tungkol sa ebolusyon ng pangkat.

Pinagmulan ng mga vertebrates

Ang klasikal na pagtingin sa aspetong ito ay nagtalo na ang apat na mga cluster ng gene sa genome ng tao ay nagmula sa salamat sa dalawang pag-ikot ng pagtitiklop ng buong genome. Gayunpaman, ang pag-unlad ng mga bagong teknolohiya ng pagkakasunud-sunod ay nakapagpalagay ng pag-aalinlangan sa teorya.

Ang bagong katibayan ay pinapaboran ang hypothesis na may kaugnayan sa mga maliliit na kaganapan (pagdoble ng segment, indibidwal na pagkopya ng mga gen at translocations) na nakamit ang mataas na bilang ng mga Hox na gen na sinusunod natin ngayon sa pangkat na ito.

Mga Sanggunian

1. Acampora, D., D'esposito, M., Faiella, A., Pannese, M., Migliaccio, E., Morelli, F., … & Boncinelli, E. (1989). Ang pamilyang HOX gene ng tao. Ang pananaliksik sa mga asidong nukleiko, 17 (24), 10385-10402.
2. Ferner, DE (2011). Ang Hox at ParaHox gen sa ebolusyon, pag-unlad at genomics. Genomics, proteomics & bioinformatics, 9 (3), 63-4.
3. Hrycaj, SM, & Wellik, DM (2016). Mga gene ng Hox at ebolusyon. F1000Research, 5, F1000 Faculty Rev-859.
4. Lappin, TR, Grier, DG, Thompson, A., & Halliday, HL (2006). Ang mga gen ng HOX: nakalulugod na agham, mahiwagang mekanismo. Ang journal ng medikal na Ulster, 75 (1), 23-31.
5. Pearson, JC, Lemons, D., & McGinnis, W. (2005). Ang pag-modulate ng Hox gene ay gumaganap sa panahon ng patterning ng katawan ng hayop. Mga Review sa Kalikasan Mga Genetika, 6 (12), 893.