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Cooptación genética (reclutamiento)

1990
  • Susumu Ohno
  • Joram Piatigorsky
  • Graeme Wistow
Escena de laboratorio que representa la cooptación de genes en la investigación genética evolutiva.

(imagen generada sólo a título ilustrativo)

La cooptación génica, o reclutamiento génico, es el proceso evolutivo mediante el cual un gen o una red de genes se emplea para una nueva función, a menudo en un contexto de desarrollo diferente. Este es un mecanismo fundamental para la evolución de nuevos rasgos sin necesidad de crear nuevos genes. Por ejemplo, las cristalinas, las proteínas estructurales transparentes del cristalino, fueron cooptadas a partir de enzimas metabólicas.

Gene co-option is a powerful illustration of evolution as a ‘tinkerer,’ not an engineer. Instead of designing new components from scratch, it repurposes existing ones. The molecular mechanism often involves changes in the cis-regulatory elements (CREs) of a gene. A mutation in a CRE can cause a gene, which was previously expressed only in the liver, to now be expressed in developing skin cells, for example. If this new expression pattern provides some advantage, it can be selected for. The protein itself doesn’t need to change initially; its new location and context give it a new function.

The case of lens crystallins is a classic example. Research in the 1980s by Piatigorsky and Wistow showed that many crystallin proteins were either identical or closely related to common metabolic enzymes like lactate dehydrogenase and argininosuccinate lyase. These enzymes were already present in cells and happened to have properties—stability and solubility at high concentrations—that made them suitable for forming a transparent, refractive lens. A regulatory mutation condujo to their massive over-expression in the developing eye, co-opting them for a new structural role. Another famous example is the co-option of the Distal-less gene, used for appendage development, to pattern eyespots on butterfly wings.

UNESCO Nomenclature: 2411
– Evolution

Tipo

Sistema abstracto

Disrupción

Sustancial

Utilización

Uso generalizado

Precursores

  • Susumu Ohno’s theory of evolution by gene duplication
  • El concepto de exaptación de Stephen Jay Gould y Elisabeth Vrba
  • El modelo de Jacob-Monod de regulación genética (el operón)
  • avances en secuenciación de proteínas y bioquímica
  • descubrimiento de elementos cis-reguladores

Aplicaciones

  • Explicando el origen de nuevas estructuras biológicas como plumas, extremidades y ojos.
  • Comprender cómo evolucionó el veneno en las serpientes a partir de enzimas digestivas.
  • Biología sintética, para diseñar nuevas funciones en circuitos genéticos existentes.
  • Desarrollo de fármacos, mediante la comprensión de cómo las proteínas pueden tener múltiples funciones (pluriempleo)
  • Rastreando la historia evolutiva de rasgos complejos

Patentes:

NA

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Contexto histórico

Cooptación genética (reclutamiento)

1983
1987
1990
1990
1997
2000
2008
1979
1983
1988
1990
1990
1997
2000

(Si la fecha es desconocida o no es relevante, por ejemplo "mecánica de fluidos", se proporciona una estimación redondeada de su aparición notable)

Invención, innovación y principios técnicos relacionados

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