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基因增选(招募)

1990
  • Susumu Ohno
  • Joram Piatigorsky
  • Graeme Wistow
Laboratory scene depicting gene co-option in evolutionary genetics research.

(图片仅供参考)

基因增选,或基因募集,是指一个基因或基因网络被利用来执行新功能的进化过程,通常是在不同的发育背景下。这是无需创造新基因即可进化出新性状的主要机制。例如,晶状体蛋白(眼晶状体的透明结构蛋白)就被从代谢酶中增选出来。

Gene co-option is a powerful illustration of evolution as a ‘tinkerer,’ not an engineer. Instead of designing new components from scratch, it repurposes existing ones. The molecular mechanism often involves changes in the cis-regulatory elements (CREs) of a gene. A mutation in a CRE can cause a gene, which was previously expressed only in the liver, to now be expressed in developing skin cells, for example. If this new expression pattern provides some advantage, it can be selected for. The protein itself doesn’t need to change initially; its new location and context give it a new function.

晶状体蛋白就是一个典型的例子。Piatigorsky 和 ​​Wistow 在 20 世纪 80 年代的研究表明,许多晶状体蛋白与常见的代谢酶(如乳酸脱氢酶和精氨琥珀酸裂解酶)相同或密切相关。这些酶原本存在于细胞中,并且恰好具备高浓度下的稳定性和溶解性等特性,使其适合形成透明的折射晶状体。一种调控突变导致它们在发育中的眼睛中大量过度表达,赋予它们新的结构功能。另一个著名的例子是,用于控制附肢发育的 Distal-less 基因被赋予了蝴蝶翅膀上的眼斑图案。

UNESCO Nomenclature: 2411
– Evolution

类型

抽象系统

中断

重大的

用法

广泛使用

前体

  • Susumu Ohno’s theory of evolution by gene duplication
  • 斯蒂芬·杰伊·古尔德和伊丽莎白·弗尔巴提出的“适应”概念
  • Jacob-Monod 基因调控模型(操纵子)
  • 蛋白质测序和生物化学的进展
  • 顺式调控元件的发现

应用程序

  • 解释羽毛、四肢和眼睛等新生物结构的起源
  • 了解蛇毒是如何从消化酶进化而来的
  • 合成生物学, for engineering novel functions into existing genetic circuits
  • 药物开发,通过了解蛋白质如何发挥多种功能(兼职)
  • 追踪复杂性状的进化史

专利:

NA

潜在创新理念

  • 通过将现有酶纳入新途径来改造细菌以执行新的代谢任务
  • designing ‘smart’ cancer therapies that co-opt a tumor’s own proteins for a cytotoxic function
  • 通过将一条通路的调控元件与另一条通路的蛋白质产物连接起来,创建生物传感器
  • 通过将伤口愈合基因纳入结构生物材料来开发自我修复材料
  • 通过利用代谢酶改造植物,使其在叶子中生产药物
  • creating novel vaccines by expressing viral antigens using the cell’s own highly-expressed ‘housekeeping’ genes
  • 利用增选转录因子设计合成生物学中的逻辑门
  • developing new methods for bioremediation by recruiting 微生物 enzymes to break down novel pollutants
  • 通过强制表达选定的结构蛋白来创造具有新特性的人造组织
  • identifying potential drug targets by searching for ‘moonlighting’ proteins with unknown secondary functions
Related to: gene co-option, recruitment, exaptation, crystallin, evolution, novel traits, gene regulation, cis-regulatory elements, distal-less, evo-devo.

历史背景

基因增选(招募)

1983
1987
1990
1990
1990
1997
2000
1979
1983
1988
1990
1990
1997
2000
2008

(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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