El conjunto de herramientas del gen evo-devo es el pequeño subconjunto de genes en el genoma de un organismo cuyos productos controlan el desarrollo embrionario del organismo . Los genes del kit de herramientas son fundamentales para la síntesis de genética molecular , paleontología , evolución y biología del desarrollo en la ciencia de la biología evolutiva del desarrollo (evo-devo). Muchos de ellos son antiguos y están muy conservados entre los filos de los animales .
Kit de herramientas
Los genes del kit de herramientas están altamente conservados entre los phyla , lo que significa que son antiguos y se remontan al último antepasado común de los animales bilaterianos . Por ejemplo, ese ancestro tenía al menos 7 genes Pax para factores de transcripción . [1]
Las diferencias en el despliegue de los genes del juego de herramientas afectan el plan del cuerpo y el número, la identidad y el patrón de las partes del cuerpo. La mayoría de los genes del kit de herramientas son componentes de vías de señalización y codifican para la producción de factores de transcripción, proteínas de adhesión celular, proteínas receptoras de la superficie celular (y ligandos de señalización que se unen a ellas) y morfógenos secretados ; todos ellos participan en la definición del destino. de células indiferenciadas, generando patrones espaciales y temporales, que a su vez forman el plan corporal del organismo. Entre los genes más importantes del conjunto de herramientas se encuentran los del grupo o complejo de genes Hox . Los genes Hox, factores de transcripción que contienen el motivo de ADN de unión a proteínas homeobox más ampliamente distribuido , funcionan para modelar el eje del cuerpo. Por lo tanto, al especificar combinatoriamente la identidad de regiones corporales particulares, los genes Hox determinan dónde crecerán las extremidades y otros segmentos corporales en un embrión o larva en desarrollo . Un gen paradigmático de la caja de herramientas es Pax6 / eyeless , que controla la formación de ojos en todos los animales. Se ha descubierto que produce ojos en ratones y Drosophila , incluso si el ratón Pax6 / eyeless se expresó en Drosophila . [2]
Esto significa que una gran parte de la evolución morfológica que experimentan los organismos es producto de la variación en el conjunto de herramientas genéticas, ya sea porque los genes cambian su patrón de expresión o adquieren nuevas funciones. Un buen ejemplo del primero es el agrandamiento del pico en el gran pinzón terrestre de Darwin ( Geospiza magnirostris ), en el que el gen BMP es responsable del pico más grande de esta ave, en relación con los otros pinzones. [3]
La pérdida de patas en serpientes y otros escamatos es otro buen ejemplo de cómo los genes cambian su patrón de expresión. En este caso, el gen Distal-less está muy poco expresado, o no se expresa en absoluto, en las regiones donde se formarían las extremidades en otros tetrápodos . [4] En 1994, el equipo de Sean B. Carroll hizo el descubrimiento "innovador" de que este mismo gen determina el patrón de manchas oculares en las alas de las mariposas , lo que demuestra que los genes de la caja de herramientas pueden cambiar su función. [5] [6] [7]
Los genes del conjunto de herramientas, además de estar altamente conservados, también tienden a desarrollar la misma función de manera convergente o en paralelo . Ejemplos clásicos de esto son el ya mencionado gen Distal-less , que es responsable de la formación de apéndices tanto en tetrápodos como en insectos, o, en una escala más fina, la generación de patrones de alas en las mariposas Heliconius erato y Heliconius melpomene . Estas mariposas son imitadores de Müller cuyo patrón de coloración surgió en diferentes eventos evolutivos, pero está controlado por los mismos genes. [8] Esto apoya la teoría de la variación facilitada de Marc Kirschner y John C. Gerhart , que establece que la novedad evolutiva morfológica se genera por cambios regulatorios en varios miembros de un gran conjunto de mecanismos conservados de desarrollo y fisiología. [9]
Ver también
- Formas infinitas más bellas
- Cómo la serpiente perdió sus piernas
Referencias
- ^ Friedrich, Markus (2015). "Actualización del kit de herramientas del gen Evo-Devo: al menos siete subfamilias de factores de transcripción de Pax en el último ancestro común de los autores de animales bilaterales" . Evolución y desarrollo . 17 (5): 255-257. doi : 10.1111 / ede.12137 . PMID 26372059 . S2CID 5414439 .
- ^ Xu, PX; Woo, I .; Ella, H .; Beier, DR; Maas, RL (1997). "Los homólogos de Eya de ratón del gen ausente de ojos de Drosophila requieren Pax6 para la expresión en el cristalino y la placa nasal". Desarrollo . 124 (1): 219-231. PMID 9006082 .
- ^ Abzhanov, A .; Protas, M .; Grant, BR; Grant, PR; Tabin, CJ (2004). "BMP4 y variación morfológica de picos en pinzones de Darwin". Ciencia . 305 (5689): 1462–1465. Código Bibliográfico : 2004Sci ... 305.1462A . doi : 10.1126 / science.1098095 . PMID 15353802 . S2CID 17226774 .
- ^ Cohn, MJ; Cosquillas, C. (1999). "Base de desarrollo de la falta de extremidades y patrones axiales en serpientes". Naturaleza . 399 (6735): 474–479. Código Bibliográfico : 1999Natur.399..474C . doi : 10.1038 / 20944 . PMID 10365960 . S2CID 4309833 .
- ^ Beldade, P .; Brakefield, PM; Long, AD (2002). "Contribución de Distal-less a la variación cuantitativa en manchas oculares de mariposa". Naturaleza . 415 (6869): 315–318. doi : 10.1038 / 415315a . PMID 11797007 . S2CID 4430563 .
- ^ Werner, Thomas (2015). "Manchas de leopardo y rayas de cebra en las alas de la mosca de la fruta" . Educación en la naturaleza . 8 (2): 3.
- ^ Carroll, Sean B .; et al. (1994). "Formación de patrones y determinación de manchas oculares en alas de mariposa". Ciencia . 265 (5168): 109-114. Bibcode : 1994Sci ... 265..109C . doi : 10.1126 / science.7912449 . PMID 7912449 .
- ^ Baxter, SW; Papa, R .; Chamberlain, N .; Humphray, SJ; Joron, M .; Morrison, C .; ffrench-Constant, RH; McMillan, WO; Jiggins, CD (2008). "Evolución convergente en la base genética del mimetismo mulleriano en mariposas Heliconius" . Genética . 180 (3): 1567-1577. doi : 10.1534 / genetics.107.082982 . PMC 2581958 . PMID 18791259 .
- ^ Gerhart, John; Kirschner, Marc (2007). "La teoría de la variación facilitada" . Actas de la Academia Nacional de Ciencias . 104 (supl. 1): 8582–8589. Código Bibliográfico : 2007PNAS..104.8582G . doi : 10.1073 / pnas.0701035104 . PMC 1876433 . PMID 17494755 .