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深層相同性

1997
  • Neil Shubin
  • Cliff Tabin
  • Sean B. Carroll
進化遺伝学におけるPAX6遺伝子の遺伝子研究を紹介する研究室風景。.

(画像はイメージです)

ディープホモロジーとは、形態的に異なる種において、長らく類似していると考えられてきた特徴が、同じ保存された「ツールキット」遺伝子によって制御されていることが判明する事例を指す。典型的な例はPAX6遺伝子であり、マウスとショウジョウバエのように構造が大きく異なり、進化の起源も異なる種において、眼の発達を開始させる遺伝子である。

深層相同性の概念は、相同性(構造の共通祖先による類似性)と類推(機能の収斂進化による類似性)という古典的な生物学的概念を橋渡しするものです。それは、ハエの複眼やマウスのカメラ型眼のように、それ自体が類推的な構造は、共通の祖先から受け継いだ相同遺伝子と発生経路を用いて構築できるという第三の可能性を明らかにします。この祖先は最終的な構造(例えば、複雑な眼)を持っていなかったかもしれませんが、おそらく単純な光受容器官の前駆体となる遺伝子回路を持っていたと考えられます。

ショウジョウバエの遺伝子「eyeless」とマウスの遺伝子「Pax6」が相同であるだけでなく、機能的に互換性がある(マウスの遺伝子でショウジョウバエに異所性眼を誘導できる)という発見は、この原理を驚くほど明確に示しました。これは、眼の発達を制御するマスタースイッチが5億年以上も保存されてきたことを示しています。他にも、原口動物と後口動物における付属肢形成におけるDistal-less(Dll)遺伝子ファミリーの役割など、多くの例があります。深い相同性は、遺伝子ツールキットが、進化がさまざまな組み合わせや状況で展開して新しい構造を生み出すことができる再利用可能なサブルーチンのセットを提供していることを示唆しており、生命の根底にある統一性と膨大な多様性の両方を説明しています。

UNESCO Nomenclature: 2411
進化

タイプ

抽象システム

混乱

増分

使用法

広く普及している

前駆物質

  • 遺伝子ツールキットの概念
  • リチャード・オーウェンによる相同性と類推の古典的な定義
  • ウォルター・ゲーリングの研究室によるアイレス/Pax6遺伝子の機能の発見
  • 遺伝子ノックアウトおよびトランスジェニック技術の進歩
  • 比較解剖学

アプリケーション

  • 無虹彩症などの先天性眼疾患の治療のための遺伝子標的の特定
  • 複雑な臓器の起源を理解する
  • 動物生命の単一起源(単系統性)の証拠を提供する
  • 保存された発生経路を研究することによる四肢再生の研究
  • 比較ゲノミクスを用いて形質の進化史をたどる

特許:

NA

潜在的なイノベーションのアイデア

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関連キーワード:ディープホモロジー、PAX6、アイレス、発生遺伝学、ホモロジー、アナロジー、収斂進化、遺伝子ツールキット、進化発生学、ニール・シュービン。

歴史的背景

深層相同性

1990
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1997
2000
1988
1990
1990
1997
2000
2008

(日付が不明または関連性がない場合、例えば「流体力学」などでは、その注目すべき出現時期の概算値が提示されます。)

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