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遗传工具包概念

1990
  • Sean B. Carroll
  • Eric H. Davidson
  • Walter Gehring
研究人员在实验室研究胚胎,重点是遗传工具包在发育遗传学中的应用。.

(图片仅供参考)

进化发育生物学揭示了一组保守的基因,即 “基因工具包”,控制着众多动物门类的胚胎发育。这些基因(如 Hox 基因)高度保守,调控着身体计划的形成、四肢的发育和眼睛的形成。它们的不同调配和调控,而不是新基因的进化,是形态多样性的主要驱动力。.

遗传工具包概念将焦点从新基因的进化转移到基因调控的进化,彻底改变了进化生物学。20世纪90年代之前,人们普遍认为,昆虫和脊椎动物等动物群体之间巨大的形态差异必然源于根本不同的基因组。然而,比较基因组学和发育遗传学揭示了这种观点的谬误。一项里程碑式的发现是,几乎所有双侧对称的动物体内都存在类似Hox基因(Hox决定了前后体轴的模式),并且这些基因的功能相似。该工具包主要由编码转录因子和细胞信号通路(如Wnt、Hedgehog和TGF-β)成分的基因组成。

这些工具包基因组成了复杂的基因调控网络(GRN)。进化在很大程度上是通过改变这些网络来实现的,具体来说,是通过改变控制工具包基因表达时间和地点的顺式调控元件(增强子和沉默子)来实现的。增强子的一个微小变化就能导致形态的重大改变,如昆虫腿的数量或鸟喙的形状,而不会改变基因本身的蛋白质产物。这就解释了如何通过一组相对较小的共享基因产生巨大的多样性。这一概念为宏观进化变化提供了机理基础,并通过发育过程将基因型与表型直接联系起来。.

UNESCO Nomenclature: 2411
- 演变

类型

抽象系统

中断

次金融

用法

广泛使用

前体

  • 果蝇中同源异型基因的发现
  • 进化生物学的现代综合
  • DNA测序和分子克隆的进展
  • 经典胚胎学和命运图谱
  • 孟德尔遗传学

应用程序

  • 了解先天性出生缺陷的遗传基础
  • 癌症生物学,其中发育途径经常被重新激活
  • regenerative medicine 研究
  • 利用 CRISPR 研究发展过程
  • 改变作物和牲畜发展的农业科学

专利:

NA

潜在创新理念

  • 开发针对癌症中重新激活的发育途径的疗法
  • 创建算法来预测基因调控网络变化的形态结果
  • engineering novel organisms with specific body plans for 生物修复
  • 设计合成发育途径来培育有机材料或组织
  • 通过针对关键发育调节剂来加速作物驯化
  • 基于工具包基因表达创建针对发育障碍的高级诊断方法
  • 利用工具包基因指导复杂器官的组织再生
  • developing modular biological components for 合成生物学 应用
  • 通过修改虚拟工具包来创建模拟进化变化的教育软件
  • 通过针对特定的工具包基因来设计破坏昆虫发育的害虫控制策略
相关内容: 遗传工具包、Hox 基因、进化-变形、基因调控网络, 深度同源性, 转录因子、发育生物学、宏观进化、保守基因、CIS 调节。.

历史背景

遗传工具包概念

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

(如果日期未知或不相关,例如“流体力学”,则提供其显著出现的近似估计)

第十年 周年纪念日

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