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जीन सह-विकल्प (भर्ती)

1990
  • Susumu Ohno
  • Joram Piatigorsky
  • Graeme Wistow
Laboratory scene depicting gene co-option in evolutionary genetics research.

(यह छवि केवल उदाहरण के लिए बनाई गई है)

जीन सह-विकल्प, या जीन भर्ती, एक विकासवादी प्रक्रिया है जिसमें एक जीन या जीनों के समूह को एक नए कार्य के लिए, अक्सर एक अलग विकासात्मक संदर्भ में, उपयोग किया जाता है। यह नए जीनों के निर्माण की आवश्यकता के बिना नए लक्षणों के विकास का एक प्राथमिक तंत्र है। उदाहरण के लिए, क्रिस्टलिन, जो आंख के लेंस के पारदर्शी संरचनात्मक प्रोटीन हैं, चयापचय एंजाइमों से सह-विकल्पित किए गए थे।

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.

लेंस क्रिस्टलिन का मामला एक उत्कृष्ट उदाहरण है। 1980 के दशक में पियाटिगोर्स्की और विस्टो द्वारा किए गए शोध से पता चला कि कई क्रिस्टलिन प्रोटीन लैक्टेट डीहाइड्रोजनेज और आर्जिनिनोसक्सिनेट लाइज़ जैसे सामान्य चयापचय एंजाइमों के समान या उनसे निकटता से संबंधित थे। ये एंजाइम पहले से ही कोशिकाओं में मौजूद थे और संयोगवश इनमें उच्च सांद्रता पर स्थिरता और घुलनशीलता जैसे गुण थे, जो इन्हें पारदर्शी, अपवर्तक लेंस के निर्माण के लिए उपयुक्त बनाते थे। एक नियामक उत्परिवर्तन के कारण विकासशील आंख में इनका अत्यधिक उत्पादन हुआ, जिससे इन्हें एक नई संरचनात्मक भूमिका के लिए चुना गया। एक अन्य प्रसिद्ध उदाहरण डिस्टल-लेस जीन का है, जिसका उपयोग उपांग विकास के लिए किया जाता है, और तितली के पंखों पर नेत्रबिंदुओं को पैटर्न देने के लिए किया जाता है।

UNESCO Nomenclature: 2411
- विकास

Type

सार प्रणाली

व्यवधान

संतोषजनक

उपयोग

व्यापक उपयोग

शगुन

  • Susumu Ohno’s theory of evolution by gene duplication
  • स्टीफन जे गोल्ड और एलिजाबेथ वर्बा द्वारा एक्सैप्टेशन की अवधारणा
  • जीन विनियमन का जैकब-मोनोड मॉडल (ऑपेरॉन)
  • प्रोटीन अनुक्रमण और जैव रसायन विज्ञान में प्रगति
  • सिस-नियामक तत्वों की खोज

आवेदन

  • पंख, अंग और आंखें जैसी नई जैविक संरचनाओं की उत्पत्ति की व्याख्या करना
  • पाचन एंजाइमों से सांपों में विष का विकास कैसे हुआ, इसे समझना
  • संश्लेषित जीव विज्ञान, for engineering novel functions into existing genetic circuits
  • प्रोटीन के कई कार्यों को समझने (अतिरिक्त कार्य करने) के माध्यम से दवा विकास करना।
  • जटिल लक्षणों के विकासवादी इतिहास का पता लगाना

पेटेंट:

NA

संभावित नवाचार विचार

  • मौजूदा एंजाइमों को नए मार्गों में शामिल करके बैक्टीरिया को नए चयापचय कार्यों को करने के लिए इंजीनियर करना।
  • designing ‘smart’ cancer therapies that co-opt a tumor’s own proteins for a cytotoxic function
  • एक मार्ग के विनियामक तत्व को दूसरे मार्ग के प्रोटीन उत्पाद से जोड़कर बायोसेन्सर बनाना।
  • घाव भरने वाले जीनों को संरचनात्मक जैवसामग्रियों में शामिल करके स्व-मरम्मत करने वाली सामग्रियों का विकास करना।
  • चयापचय एंजाइमों का उपयोग करके पौधों को इस प्रकार इंजीनियर करना कि वे अपनी पत्तियों में ही औषधियाँ उत्पन्न कर सकें।
  • creating novel vaccines by expressing viral antigens using the cell’s own highly-expressed ‘housekeeping’ genes
  • सह-विकल्पित प्रतिलेखन कारकों का उपयोग करके कृत्रिम जीव विज्ञान में तर्क द्वार डिजाइन करना
  • developing new methods for bioremediation by recruiting सूक्ष्मजीव enzymes to break down novel pollutants
  • अनुकूलित संरचनात्मक प्रोटीनों की अभिव्यक्ति को मजबूर करके नए गुणों वाले कृत्रिम ऊतकों का निर्माण करना।
  • identifying potential drug targets by searching for ‘moonlighting’ proteins with unknown secondary functions
Related to: gene co-option, recruitment, exaptation, crystallin, evolution, novel traits, gene regulation, cis-regulatory elements, distal-less, evo-devo.

ऐतिहासिक संदर्भ

जीन सह-विकल्प (भर्ती)

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

(यदि तिथि अज्ञात है या प्रासंगिक नहीं है, उदाहरण के लिए "द्रव यांत्रिकी", तो इसके उल्लेखनीय उद्भव का एक अनुमानित आंकड़ा प्रदान किया गया है)

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