Concetto di kit di strumenti genetici
1990
- Sean B. Carroll
- Eric H. Davidson
- Walter Gehring
La biologia evolutiva ha rivelato che un insieme conservato di geni, il “kit genetico”, controlla lo sviluppo embrionale in una vasta gamma di phyla animali. Questi geni, come i geni Hox, sono altamente conservati e regolano la formazione del piano corporeo, lo sviluppo degli arti e la formazione degli occhi. La loro distribuzione e regolazione differenziale, piuttosto che l'evoluzione di nuovi geni, determina gran parte della diversità morfologica.
Il concetto di "kit di strumenti genetici" ha rivoluzionato la biologia evolutiva, spostando l'attenzione dall'evoluzione di nuovi geni all'evoluzione della regolazione genica. Prima degli anni '90, si riteneva ampiamente che le enormi differenze morfologiche tra gruppi animali, come insetti e vertebrati, dovessero derivare da insiemi di geni fondamentalmente diversi. Tuttavia, la genomica comparativa e la genetica dello sviluppo hanno rivelato che ciò era errato. La scoperta che geni come Hox, che modellano l'asse antero-posteriore del corpo, sono presenti e funzionano in modo simile in quasi tutti gli animali a simmetria bilaterale è stata una scoperta epocale. Questo kit di strumenti è costituito principalmente da geni che codificano per fattori di trascrizione e componenti delle vie di segnalazione cellulare (come Wnt, Hedgehog e TGF-beta).
Questi geni toolkit sono organizzati in complesse reti di regolazione genica (GRN). L'evoluzione agisce in gran parte modificando queste reti, in particolare alterando gli elementi cis-regolatori (enhancer e silenziatori) che controllano quando e dove vengono espressi i geni toolkit. Un piccolo cambiamento in un enhancer può portare a un cambiamento significativo nella morfologia, come il numero di zampe di un insetto o la forma del becco di un uccello, senza alterare il prodotto proteico del gene stesso. Questo spiega come una grande diversità possa nascere da un insieme relativamente piccolo e condiviso di geni. Questo concetto fornisce una base meccanicistica per i cambiamenti macroevolutivi e collega il genotipo direttamente al fenotipo attraverso il processo di sviluppo.
UNESCO Nomenclature: 2411
- L'evoluzione
Precursori
- scoperta di geni omeotici in Drosophila melanogaster
- la moderna sintesi della biologia evolutiva
- progressi nel sequenziamento del DNA e nella clonazione molecolare
- embriologia classica e mappatura del destino
- genetica mendeliana
Applicazioni
- comprendere le basi genetiche dei difetti congeniti alla nascita
- biologia del cancro, dove i percorsi di sviluppo vengono spesso riattivati
- ricerca sulla medicina rigenerativa
- targeted gene editing using CRISPR to study developmental processes
- scienza agricola per la modifica dello sviluppo delle colture e del bestiame
Idee e potenziali innovazioni
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Correlato a: toolkit genetico, geni Hox, evo-devo, reti di regolazione genica, omologia profonda, fattori di trascrizione, biologia dello sviluppo, macroevoluzione, geni conservati, regolazione CIS.