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遺伝子ツールキットのコンセプト

1990
  • Sean B. Carroll
  • Eric H. Davidson
  • Walter Gehring
発生遺伝学における遺伝子ツールキットの応用に焦点を当て、研究室で胚を研究する研究者。.

(画像はイメージです)

進化発生生物学は、保存された遺伝子群、すなわち「遺伝子ツールキット」が、広範な動物門にわたって胚発生を制御していることを明らかにした。Hox遺伝子などのこれらの遺伝子は高度に保存されており、体軸形成、四肢の発達、眼の形成を制御している。形態的多様性の多くは、新たな遺伝子の進化ではなく、これらの遺伝子の異なる発現と制御によってもたらされている。

遺伝子ツールキットの概念は、新しい遺伝子の進化から遺伝子制御の進化へと焦点を移すことで、進化生物学に革命をもたらしました。1990年代以前は、昆虫や脊椎動物などの動物群間の形態的な大きな違いは、根本的に異なる遺伝子セットから生じたに違いないと広く考えられていました。しかし、比較ゲノミクスと発生遺伝学によって、これが誤りであることが明らかになりました。前後の体軸を形成するHoxのような遺伝子が、ほぼすべての左右対称動物に存在し、同様に機能するという発見は、画期的な発見でした。このツールキットは主に、転写因子や細胞シグナル伝達経路の構成要素(Wnt、Hedgehog、TGF-βなど)をコードする遺伝子で構成されています。

これらのツールキット遺伝子は、複雑な遺伝子制御ネットワーク(GRN)に組織化されています。進化は主にこれらのネットワークを改変することによって作用します。具体的には、ツールキット遺伝子の発現時期と場所を制御するシス調節エレメント(エンハンサーとサイレンサー)を変化させることによって作用します。エンハンサーのわずかな変化が、遺伝子自体のタンパク質産物を変化させることなく、昆虫の脚の数や鳥のくちばしの形状など、形態に大きな変化をもたらすことがあります。これは、比較的少数の共通遺伝子からいかにして膨大な多様性が生じるかを説明するものです。この概念は、マクロ進化的な変化のメカニズム的基盤を提供し、発生過程を通じて遺伝子型と表現型を直接結びつけます。

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

  • ショウジョウバエにおけるホメオティック遺伝子の発見
  • 進化生物学の現代的総合
  • DNA配列決定と分子クローニングの進歩
  • 古典発生学と運命マッピング
  • メンデル遺伝学

アプリケーション

  • 先天性疾患の遺伝的基盤を理解する
  • がん生物学では、発生経路がしばしば再活性化される。
  • 再生医療研究
  • targeted gene editing using CRISPR to study developmental processes
  • 作物および家畜の発達を改良するための農業科学

特許:

NA

潜在的なイノベーションのアイデア

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Related to: genetic toolkit, Hox genes, evo-devo, gene regulatory networks, deep homology, transcription factors, developmental biology, macroevolution, conserved genes, CIS-regulation.

歴史的背景

遺伝子ツールキットのコンセプト

1979
1983
1988
1990
1990
1997
2000
1977
1983
1987
1990
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1997
2000

(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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