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Homologie profonde

1997
  • Neil Shubin
  • Cliff Tabin
  • Sean B. Carroll
Laboratory scene showcasing genetic research on PAX6 gene in evolutionary genetics.

(Image générée à titre d'illustration uniquement)

L'homologie profonde décrit les cas où des caractéristiques morphologiquement disparates chez différentes espèces, longtemps considérées comme analogues, sont en réalité contrôlées par les mêmes gènes conservés, constituant une « boîte à outils » génétique. Un exemple classique est le gène PAX6, qui initie le développement de l'œil chez des espèces aussi différentes que la souris et la drosophile, malgré des yeux aux structures très différentes et des origines évolutives indépendantes.

Le concept d'homologie profonde relie les concepts biologiques classiques d'homologie (similarité due à l'ascendance commune d'une structure) et d'analogie (similarité due à l'évolution convergente d'une fonction). Il révèle une troisième possibilité : des structures elles-mêmes analogues (comme l'œil composé d'une mouche et l'œil-caméra d'une souris) peuvent être construites grâce à des gènes homologues et des voies de développement héritées d'un ancêtre commun. Cet ancêtre pourrait ne pas avoir possédé la structure finale (par exemple, un œil complexe), mais posséder le circuit génétique précurseur d'un organe photosensible simple.

La découverte que le gène de la mouche « eyeless » et le gène de la souris « Pax6 » étaient non seulement homologues, mais aussi fonctionnellement interchangeables (le gène de la souris pouvant induire la formation d'yeux ectopiques chez la mouche), a constitué une démonstration frappante de ce principe. Elle a montré que le mécanisme de contrôle principal du développement oculaire était conservé depuis plus de 500 millions d'années. D'autres exemples abondent, comme le rôle de la famille de gènes Distal-less (Dll) dans la formation des appendices chez les protostomiens et les deutérostomiens. Cette homologie profonde implique que la boîte à outils génétiques fournit un ensemble de sous-routines réutilisables que l'évolution peut déployer selon différentes combinaisons et contextes pour générer de nouvelles structures, expliquant à la fois l'unité fondamentale et l'immense diversité du vivant.

UNESCO Nomenclature: 2411
– Evolution

Taper

Abstract System

Perturbation

Incremental

Usage

Utilisation généralisée

Précurseurs

  • le concept de boîte à outils génétique
  • définitions classiques de l'homologie et de l'analogie par Richard Owen
  • découverte de la fonction du gène eyeless/Pax6 par le laboratoire de Walter Gehring
  • progrès dans la technologie de knock-out génétique et transgénique
  • anatomie comparée

Applications

  • identifier des cibles génétiques pour traiter les troubles oculaires congénitaux comme l'aniridie
  • comprendre les origines des organes complexes
  • fournissant la preuve d'une origine unique de la vie animale (monophylie)
  • recherche sur la régénération des membres en étudiant les voies de développement conservées
  • génomique comparative pour retracer l'histoire évolutive des traits

Brevets:

NA

Idées d'innovations potentielles

  • créer des biocapteurs universels basés sur des commutateurs génétiques conservés
  • développer des organoïdes inter-espèces pour les tests de médicaments en exploitant des voies de développement partagées
  • ingénierie des capacités de détection de la lumière dans des cellules synthétiques en utilisant la voie PAX6
  • identifier d'anciennes voies génétiques à cibler pour les thérapies anti-âge
  • conception d'appendices robotiques bio-inspirés basés sur les principes conservés de la fonction du gène Dll
  • creating a ‘Rosetta Stone’ of developmental genetics for inter-species comparisons
  • en utilisant l'homologie profonde pour prédire quels gènes pourraient être impliqués dans des maladies génétiques non caractérisées
  • développer des pulvérisations agricoles qui ciblent les voies de développement conservées des ravageurs tout en épargnant les insectes utiles
  • ingénierie bactérienne pour produire des structures biologiques complexes en utilisant des gènes animaux cooptés
  • restaurer les fonctions perdues dans les écosystèmes endommagés en améliorant génétiquement les espèces clés
Lié à : homologie profonde, PAX6, eyeless, génétique du développement, homologie, analogie, évolution convergente, boîte à outils génétique, evo-devo, Neil Shubin.

Contexte historique

Homologie profonde

1990
1990
1990
1997
2000
1988
1990
1990
1997
2000
2008

(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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