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Conceito de Kit de Ferramentas Genéticas

1990
  • Sean B. Carroll
  • Eric H. Davidson
  • Walter Gehring
Pesquisador estudando embriões em um laboratório, com foco em aplicações de kits de ferramentas genéticas na genética do desenvolvimento.

(Imagem gerada apenas para fins ilustrativos)

A biologia evolutiva do desenvolvimento revelou que um conjunto conservado de genes, o "kit de ferramentas genéticas", controla o desenvolvimento embrionário em uma vasta gama de filos animais. Esses genes, como os genes Hox, são altamente conservados e regulam a formação do plano corporal, o desenvolvimento dos membros e a formação dos olhos. Sua distribuição e regulação diferencial, em vez da evolução de novos genes, impulsionam grande parte da diversidade morfológica.

O conceito de conjunto de ferramentas genéticas revolucionou a biologia evolutiva ao mudar o foco da evolução de novos genes para a evolução da regulação gênica. Antes da década de 1990, acreditava-se amplamente que as vastas diferenças morfológicas entre grupos de animais, como insetos e vertebrados, deviam ter surgido de conjuntos de genes fundamentalmente diferentes. No entanto, a genômica comparativa e a genética do desenvolvimento revelaram que isso estava incorreto. A descoberta de que genes como o Hox, que definem o eixo anteroposterior do corpo, estão presentes e funcionam de maneira semelhante em quase todos os animais com simetria bilateral foi um marco. Esse conjunto de ferramentas consiste principalmente em genes que codificam fatores de transcrição e componentes de vias de sinalização celular (como Wnt, Hedgehog e TGF-beta).

Esses genes de conjunto de ferramentas estão organizados em redes regulatórias gênicas (GRNs) complexas. A evolução atua principalmente modificando essas redes — especificamente, alterando os elementos cis-regulatórios (potenciadores e silenciadores) que controlam quando e onde os genes de conjunto de ferramentas são expressos. Uma pequena mudança em um potenciador pode levar a uma mudança significativa na morfologia, como o número de patas de um inseto ou o formato do bico de uma ave, sem alterar o produto proteico do próprio gene. Isso explica como uma vasta diversidade pode surgir de um conjunto relativamente pequeno e compartilhado de genes. O conceito fornece uma base mecanicista para mudanças macroevolutivas e conecta o genótipo diretamente ao fenótipo por meio do processo de desenvolvimento.

UNESCO Nomenclature: 2411
Evolução

Tipo

Sistema abstrato

Interrupção

Substancial

Uso

Uso generalizado

Precursores

  • Descoberta de genes homeóticos em Drosophila melanogaster
  • a síntese moderna da biologia evolutiva
  • avanços no sequenciamento de DNA e clonagem molecular
  • embriologia clássica e mapeamento do destino
  • genética mendeliana

Aplicações

  • Compreender a base genética das malformações congênitas.
  • biologia do câncer, onde as vias de desenvolvimento são frequentemente reativadas
  • pesquisa em medicina regenerativa
  • targeted gene editing using CRISPR to study developmental processes
  • ciência agrícola para modificar o desenvolvimento de culturas e pecuária

Patentes:

NA

Ideias de Inovação Potencial

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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.

Contexto histórico

Conceito de Kit de Ferramentas Genéticas

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

(Caso a data seja desconhecida ou irrelevante, por exemplo, "mecânica dos fluidos", é fornecida uma estimativa aproximada de seu surgimento notável)

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