ХОКС ГЕНИ: ОТКРИВАНЕ, ХАРАКТЕРИСТИКИ И ЕВОЛЮЦИЯ - БИОЛОГИЯ - 2025

В гените Нох са голяма фамилия от гени, които са отговорни за регулиране на развитието на структури на тялото. Те са открити във всички метазои и в други родове, като растения и животни. Следователно, те се характеризират с това, че са еволюционно много запазени.

Тези гени работят по следния начин: те кодират транскрипционен фактор - протеин, способен да взаимодейства с ДНК - който се експресира в специфична област на индивида от най-ранните етапи на развитие. Тази последователност за свързване на ДНК се нарича хомеобокс.

Източник: Антонио Кесада Диас, чрез Wikimedia Commons

С почти 30 години изследвания в тази област учените са изследвали различни родове и са стигнали до извода, че моделите на експресия на тези гени са силно свързани с регионализацията на телесните оси.

Тези доказателства предполагат, че гените на Hox са изиграли незаменима роля в еволюцията на телесните планове на живите същества, особено в Билатерията. По този начин, Hox гените направиха възможно да се обясни великолепното разнообразие от животински форми от молекулярна гледна точка.

В нас хората има 39 Hox гена. Те са групирани в четири групи или групи, разположени на различни хромозоми: 7p15, 17q21.2, 12q13 и 2q31.

откритие

Откриването на Hox гените беше крайъгълен камък в еволюционната и развитието на биологията. Тези гени са открити между 70-те и 80-те години благодарение на наблюдението на две ключови мутации в плодовата муха, Drosophila melanogaster.

Една от мутациите, антенапедия, превръща антените в крака, докато мутацията на биторакса причинява трансформацията на халтерите (модифицирани структури, характерни за крилатите насекоми) в друга двойка крила.

Както се вижда, когато Hox гените имат мутации, резултатът от това е доста драматичен. И както при Drosophila, промяната води до образуването на структури на грешни места.

Преди откриването на Hox гените, повечето биолози смятали, че морфологичното разнообразие е подкрепено от разнообразие на ниво ДНК. Логично беше да се предположи, че очевидните разлики между кит и колибри например трябва да бъдат отразени в генетично отношение.

С появата на Hox гените това мислене пое пълен обрат, като отстъпи място на нова парадигма в биологията: общ път на генетичното развитие, който обединява онтогенезата на метазоите.

Какво представляват Hox гените?

Преди да се дефинира концепцията за Hox гени, е важно да се знае какво е ген и как работи. Гените са ДНК последователности, чието послание се изразява във фенотип.

Посланието на ДНК е написано в нуклеотиди, в някои случаи те преминават в месинджър РНК и това се превежда от рибозомите в последователност от аминокиселини - структурните "градивни елементи" на протеините.

Hox гените са най-известният клас хомеотични гени, чиято функция е да контролира конкретни модели на телесните структури. Те са отговорни за контрола на идентичността на сегментите по протежение на предно-задната ос на животните.

Те принадлежат към едно семейство гени, което кодира протеин, който има специфична последователност на аминокиселини, способна да взаимодейства с молекулата на ДНК.

Оттук идва терминът homeobox, който описва този раздел в гена, докато в протеина се нарича хомеодомен. Homeobox последователността има последователност от 180 базови двойки и тези домейни са еволюционно силно запазени сред различни Phyla.

Благодарение на това взаимодействие с ДНК, Hox гените са в състояние да регулират транскрипцията на други гени.

терминология

Гените, участващи в тези морфологични функции, се наричат ​​хомеотични локуси. В животинското царство най-важните са известни като локуси HOM (при безгръбначни) и Hox локуси (при гръбначни животни). Въпреки това, те обикновено са известни като Hox локуси.

характеристики

Hox гените имат серия от много особени и интересни характеристики. Тези ключови аспекти помагат да се разбере функционирането му и потенциалната му роля в еволюционната биология.

Тези гени са организирани в "генни комплекси", което означава, че те са близо една до друга върху хромозомите - по отношение на тяхното пространствено разположение.

Втората характеристика е изненадващата корелация, която съществува между реда на гените в ДНК последователността и антеропостериалното разположение на продуктите от тези гени в ембриона. Буквално гените, които вървят "напред", са в това положение.

По същия начин, в допълнение към пространствената колинеарност, има и временна зависимост. Гените, разположени в 3 'края, се появяват по-рано в развитието на индивида, в сравнение с тези, открити по-нататък.

Hox гените принадлежат към клас, наречен ANTP, който включва и ParaHox гените (свързани с тях), NK гените и други.

Еволюция на гените

Няма гени от клас ANTP да не са от метазоите. В еволюционното развитие на тази животинска група пориферите са първата група, която се е отделила, следвана от cnidarians. Тези две линии представляват двете основни групи от двустранни.

Генетичният анализ на известната гъба Amphimedon queenslandica - нейната слава се дължи на гени за нервната система - разкри, че този козел има няколко гена от типа NK, но няма Hox или ParaHox гени.

Хокс гени като такива не са съобщени при cnidarians, които отговарят на гореспоменатите характеристики. Въпреки това, има хокс-подобни гени.

От друга страна, безгръбначните животни имат единичен куп от Hox гени, докато гръбначните животни имат множество копия. Този факт е от решаващо значение и е вдъхновил развитието на теории за еволюцията на групата.

Произход на гръбначни животни

Класическият възглед на този аспект твърди, че четирите генни клъстера в човешкия геном са възникнали благодарение на два кръга на репликация на целия геном. Разработването на нови технологии за секвениране обаче поставя под съмнение теорията.

Новите доказателства благоприятстват хипотезата, свързана с малки мащаби (дублиране на сегменти, индивидуално дублиране на гени и транслокации), които постигнаха големия брой Hox гени, които наблюдаваме днес в тази група.

Препратки

1. Acampora, D., D'esposito, M., Faiella, A., Pannese, M., Migliaccio, E., Morelli, F.,… & Boncinelli, E. (1989). Човешкото семейство на HOX гени. Изследване на нуклеинови киселини, 17 (24), 10385-10402.
2. Ferner, DE (2011). Hox и ParaHox гени в еволюцията, развитието и геномиката. Геномика, протеомика и биоинформатика, 9 (3), 63-4.
3. Hrycaj, SM, & Wellik, DM (2016). Хокс гени и еволюция. F1000Research, 5, F1000 Факултет Rev-859.
4. Lappin, TR, Grier, DG, Thompson, A., & Halliday, HL (2006). HOX гени: съблазнителна наука, мистериозни механизми. Медицинският журнал на Олстър, 75 (1), 23-31.
5. Pearson, JC, Lemons, D., & McGinnis, W. (2005). Модулиране на функциите на гена на Hox по време на рисуване на тялото на животни. Nature Reviews Genetics, 6 (12), 893.