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遺伝子の共利用(採用)

1990
  • Susumu Ohno
  • Joram Piatigorsky
  • Graeme Wistow
進化遺伝学研究における遺伝子の共用を描いた研究室の風景。.

(画像はイメージです)

遺伝子の転用、あるいは遺伝子の採用とは、遺伝子または遺伝子ネットワークが、多くの場合、異なる発生過程において、新たな機能に利用される進化過程のことである。これは、新たな遺伝子の創出を必要とせずに、新しい形質を進化させるための主要なメカニズムである。例えば、眼の水晶体の透明な構造タンパク質であるクリスタリンは、代謝酵素から転用されたものである。

遺伝子の共利用は、進化がエンジニアではなく「いじくり屋」であることを示す強力な例です。新しい構成要素を一から設計するのではなく、既存のものを再利用するのです。その分子メカニズムには、遺伝子のシス調節エレメント(CRE)の変化がしばしば関与します。例えば、CREの突然変異によって、以前は肝臓でのみ発現していた遺伝子が、発達中の皮膚細胞で発現するようになることがあります。この新しい発現パターンが何らかの利点をもたらす場合、それは選択される可能性があります。タンパク質自体は最初は変化する必要はありません。新しい場所と環境によって、新しい機能が与えられるのです。

The case of lens crystallins is a classic example. Research in the 1980s by Piatigorsky and Wistow showed that many crystallin proteins were either identical or closely related to common metabolic enzymes like lactate dehydrogenase and argininosuccinate lyase. These enzymes were already present in cells and happened to have properties—stability and solubility at high concentrations—that made them suitable for forming a transparent, refractive lens. A regulatory mutation led to their massive over-expression in the developing eye, co-opting them for a new structural role. Another famous example is the co-option of the Distal-less gene, used for appendage development, to pattern eyespots on butterfly wings.

UNESCO Nomenclature: 2411
進化

タイプ

抽象システム

混乱

実質的な

使用法

広く普及している

前駆物質

  • 大野進の遺伝子重複による進化論
  • スティーブン・ジェイ・グールドとエリザベス・ヴルバによる外適応の概念
  • 遺伝子制御のジャコブ=モノモデル(オペロン)
  • タンパク質配列決定と生化学の進歩
  • シス調節エレメントの発見

アプリケーション

  • 羽毛、四肢、目などの新しい生物学的構造の起源を説明する
  • ヘビの毒が消化酵素からどのように進化したかを理解する
  • 合成生物学、既存の遺伝子回路に新たな機能を組み込むための技術
  • タンパク質が複数の機能(兼業)を持つ仕組みを理解することで、医薬品開発に役立てる。
  • 複雑な形質の進化の歴史をたどる

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:遺伝子共選択、遺伝子採用、遺伝子機能転用、クリスタリン、進化、新規形質、遺伝子制御、シス制御エレメント、遠位部欠損、進化発生学。

歴史的背景

遺伝子の共利用(採用)

1983
1987
1990
1990
1990
1997
2000
1979
1983
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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