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Concept de boîte à outils génétique

1990
  • Sean B. Carroll
  • Eric H. Davidson
  • Walter Gehring
Chercheur étudiant des embryons dans un laboratoire, se concentrant sur les applications de la boîte à outils génétique en génétique du développement.

(Image générée à titre d'illustration uniquement)

La biologie évolutive du développement a révélé qu'un ensemble de gènes conservés, la “boîte à outils génétique”, contrôle le développement embryonnaire dans une vaste gamme de phylums animaux. Ces gènes, tels que les gènes Hox, sont hautement conservés et régulent la formation du plan corporel, le développement des membres et la formation des yeux. Leur déploiement et leur régulation différentiels, plutôt que l'évolution de nouveaux gènes, sont à l'origine d'une grande partie de la diversité morphologique.

Le concept de boîte à outils génétique a révolutionné la biologie évolutive en déplaçant l'attention de l'évolution de nouveaux gènes vers celle de leur régulation. Avant les années 1990, on pensait généralement que les importantes différences morphologiques entre groupes d'animaux, comme les insectes et les vertébrés, devaient provenir de gènes fondamentalement différents. Cependant, la génomique comparative et la génétique du développement ont démontré le contraire. La découverte que des gènes comme Hox, qui structurent l'axe antéro-postérieur du corps, sont présents et fonctionnent de manière similaire chez presque tous les animaux à symétrie bilatérale a constitué une découverte majeure. Cette boîte à outils se compose principalement de gènes codant pour des facteurs de transcription et des composants des voies de signalisation cellulaire (comme Wnt, Hedgehog et TGF-bêta).

Ces gènes outils sont organisés en réseaux complexes de régulation génique (GRN). L'évolution agit en grande partie en modifiant ces réseaux, plus précisément en modifiant les éléments cis-régulateurs (enhancers et silencers) qui contrôlent quand et où les gènes de la boîte à outils sont exprimés. Une petite modification d'un enhancer peut entraîner une modification importante de la morphologie, comme le nombre de pattes d'un insecte ou la forme du bec d'un oiseau, sans modifier le produit protéique du gène lui-même. Cela explique comment une grande diversité peut naître d'un ensemble relativement petit de gènes partagés. Ce concept fournit une base mécaniste pour les changements macroévolutifs et relie directement le génotype au phénotype par le biais du processus de développement.

UNESCO Nomenclature: 2411
- L'évolution

Taper

Système abstrait

Perturbation

Substantiel

Usage

Utilisation généralisée

Précurseurs

  • découverte de gènes homéotiques chez Drosophila melanogaster
  • la synthèse moderne de la biologie évolutive
  • progrès dans le séquençage de l'ADN et le clonage moléculaire
  • embryologie classique et cartographie du destin
  • génétique mendélienne

Applications

  • comprendre la base génétique des malformations congénitales
  • biologie du cancer, où les voies de développement sont souvent réactivées
  • regenerative medicine recherche
  • édition génique ciblée par utilisation CRISPR étudier les processus de développement
  • sciences agricoles pour modifier le développement des cultures et de l'élevage

Brevets:

NA

Idées d'innovations potentielles

  • développer des thérapies ciblant les voies de développement réactivées dans le cancer
  • créer des algorithmes pour prédire les résultats morphologiques à partir des changements dans les réseaux de régulation des gènes
  • engineering novel organisms with specific body plans for bioremédiation
  • concevoir des voies de développement synthétiques pour cultiver des matières ou des tissus organiques
  • accélérer la domestication des cultures en ciblant les principaux régulateurs du développement
  • création de diagnostics avancés pour les troubles du développement basés sur l'expression génétique de la boîte à outils
  • utiliser des gènes de boîte à outils pour guider la régénération tissulaire dans des organes complexes
  • developing modular biological components for biologie synthétique applications
  • créer un logiciel éducatif pour simuler les changements évolutifs en modifiant une boîte à outils virtuelle
  • concevoir des stratégies de lutte antiparasitaire qui perturbent le développement des insectes en ciblant des gènes spécifiques de la boîte à outils
Lié à : outils génétiques, gènes Hox, biologie évolutive du développement, réseaux de régulation génique homologie profonde, facteurs de transcription, biologie du développement, macroévolution, gènes conservés, régulation CIS.

Contexte historique

Concept de boîte à outils génétique

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

(si la date est inconnue ou non pertinente, par exemple « mécanique des fluides », une estimation arrondie de son émergence notable est fournie)

10e année anniversaire

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