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Concepto de kit de herramientas genéticas

1990
  • Sean B. Carroll
  • Eric H. Davidson
  • Walter Gehring
Investigador estudiando embriones en un laboratorio, centrándose en las aplicaciones del conjunto de herramientas genéticas en la genética del desarrollo.

(Imagen generada únicamente con fines ilustrativos)

La biología evolutiva del desarrollo reveló que un conjunto conservado de genes, el “conjunto de herramientas genéticas”, controla el desarrollo embrionario en una amplia gama de filos animales. Estos genes, como los genes Hox, están muy conservados y regulan la formación del plan corporal, el desarrollo de las extremidades y la formación de los ojos. Su despliegue y regulación diferencial, más que la evolución de nuevos genes, impulsa gran parte de la diversidad morfológica.

El concepto de conjunto de herramientas genéticas revolucionó la biología evolutiva al desplazar el enfoque de la evolución de nuevos genes a la evolución de la regulación génica. Antes de la década de 1990, se asumía ampliamente que las enormes diferencias morfológicas entre grupos animales, como insectos y vertebrados, debían provenir de conjuntos de genes fundamentalmente distintos. Sin embargo, la genómica comparativa y la genética del desarrollo revelaron que esto era incorrecto. El descubrimiento de que genes como Hox, que modelan el eje corporal anteroposterior, están presentes y funcionan de manera similar en casi todos los animales con simetría bilateral fue un hallazgo histórico. Este conjunto de herramientas consiste principalmente en genes que codifican factores de transcripción y componentes de las vías de señalización celular (como Wnt, Hedgehog y TGF-beta).

Estos genes están organizados en complejas redes de regulación génica (RGR). La evolución actúa en gran medida modificando estas redes, concretamente alterando los elementos reguladores cis (potenciadores y silenciadores) que controlan cuándo y dónde se expresan los genes del conjunto de herramientas. Un pequeño cambio en un potenciador puede dar lugar a un cambio significativo en la morfología, como el número de patas de un insecto o la forma del pico de un pájaro, sin alterar el producto proteico del propio gen. Esto explica cómo puede surgir una enorme diversidad a partir de un conjunto relativamente pequeño de genes compartidos. El concepto proporciona una base mecanicista para los cambios macroevolutivos y conecta directamente el genotipo con el fenotipo a través del proceso de desarrollo.

UNESCO Nomenclature: 2411
- Evolución

Tipo

Sistema abstracto

Ruptura

Sustancial

Uso

Uso generalizado

Precursores

  • Descubrimiento de genes homeóticos en Drosophila melanogaster
  • La síntesis moderna de la biología evolutiva
  • avances en secuenciación de ADN y clonación molecular
  • embriología clásica y mapeo del destino
  • genética mendeliana

Aplicaciones

  • Comprender la base genética de los defectos congénitos de nacimiento
  • Biología del cáncer, donde las vías de desarrollo a menudo se reactivan
  • regenerative medicine investigación
  • edición selectiva de genes mediante CRISPR estudiar los procesos de desarrollo
  • Ciencia agrícola para modificar el desarrollo de cultivos y ganado

Patentes:

NA

Ideas para posibles innovaciones

  • Desarrollo de terapias dirigidas a las vías de desarrollo reactivadas en el cáncer.
  • Creación de algoritmos para predecir resultados morfológicos a partir de cambios en las redes reguladoras de genes.
  • engineering novel organisms with specific body plans for biorremediación
  • Diseño de vías de desarrollo sintéticas para cultivar materiales o tejidos orgánicos.
  • Acelerar la domesticación de cultivos al centrarse en reguladores clave del desarrollo.
  • Creación de diagnósticos avanzados para trastornos del desarrollo basados ​​en la expresión genética de un conjunto de herramientas.
  • Uso de genes de herramientas para guiar la regeneración tisular en órganos complejos
  • developing modular biological components for synthetic biology aplicaciones
  • Creación de software educativo para simular cambios evolutivos modificando un conjunto de herramientas virtuales.
  • Ingeniería de estrategias de control de plagas que alteran el desarrollo de los insectos al apuntar a genes específicos del conjunto de herramientas
Relacionado con: herramientas genéticas, genes Hox, evo-devo, redes reguladoras de genes, homología profunda, factores de transcripción, biología del desarrollo, macroevolución, genes conservados, regulación CIS.

Contexto histórico

Concepto de kit de herramientas genéticas

1979
1983
1988
1990
1990
1997
2000
1977
1983
1987
1990
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)

décimo año aniversario

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