Sada nástrojů pro gen Evo -devo - Evo-devo gene toolkit
Sada nástrojů pro gen evo-devo je malá podmnožina genů v genomu organismu, jejíž produkty řídí embryonální vývoj organismu . Geny sady nástrojů jsou klíčové pro syntézu molekulární genetiky , paleontologie , evoluce a vývojové biologie ve vědě o evoluční vývojové biologii (evo-devo). Mnoho z nich je starověkých a mezi živočišnými phylami vysoce konzervovaných .
Sada nástrojů
Geny sady nástrojů jsou mezi phylou vysoce konzervované , což znamená, že jsou staré, sahající až k poslednímu společnému předkovi bilateriánských zvířat . Například tento předek měl alespoň 7 genů Pax pro transkripční faktory .
Rozdíly v nasazení genů sady nástrojů ovlivňují tělesný plán a počet, identitu a strukturu částí těla. Většina genů sady nástrojů je složkami signálních drah a kódují produkci transkripčních faktorů, proteinů adheze buněk, proteinů receptoru buněčného povrchu (a signálních ligandů, které se na ně váží) a vylučovaných morfogenů , všechny se podílejí na definování osudu nediferencovaných buněk, vytvářejících prostorové a časové vzorce, které zase tvoří tělesný plán organismu. Mezi nejdůležitější z genů sady nástrojů patří geny z Hox genového klastru neboli komplexu. Geny Hox, transkripční faktory obsahující široce distribuovaný motiv DNA vázající protein homeobox , fungují při modelování tělesné osy. Kombinatorickou specifikací identity konkrétních oblastí těla tedy geny Hox určují, kde budou končetiny a další segmenty těla růst ve vyvíjejícím se embryu nebo larvě . Paradigmatická nástrojů gen je Pax6 / nevidomý , který řídí oční tvorbu u všech zvířat. Bylo zjištěno, že produkuje oči u myší a Drosophila , i když myší Pax6/bez očí byl exprimován v Drosophila .
To znamená, že velká část morfologické evoluce, kterou organismy podstoupily, je produktem variací v sadě genetických nástrojů, ať už geny mění svůj expresní vzorec nebo získávají nové funkce. Dobrým příkladem prvního je zvětšení zobáku u Darwinova velkého pěnkavy ( Geospiza magnirostris ), ve kterém je gen BMP zodpovědný za větší zobák tohoto ptáka ve srovnání s ostatními pěnkavami.
Ztráta nohou u hadů a jiných skvostů je dalším dobrým příkladem toho, že geny mění svůj expresní vzorec. V tomto případě je gen Distal-less velmi málo exprimován, nebo není exprimován vůbec, v oblastech, kde by se končetiny vytvářely v jiných tetrapodech . V roce 1994 provedl tým Seana B. Carrolla „průkopnický“ objev, že stejný gen určuje vzor eyespotu v motýlích křídlech , což ukazuje, že geny sady nástrojů mohou změnit svou funkci.
Geny sady nástrojů, stejně jako vysoce konzervované, mají také tendenci vyvíjet stejnou funkci konvergenčně nebo paralelně . Klasickými příklady jsou již zmíněný distal-less gen, který je zodpovědný za tvorbu přívěsku u tetrapodů i hmyzu, nebo v jemnějším měřítku generování vzorů křídel u motýlů Heliconius erato a Heliconius melpomene . Tito motýli jsou Müllerian mimics, jejichž vzor zbarvení vznikl v různých evolučních událostech, ale je řízen stejnými geny. To podporuje teorii Marca Kirschnera a Johna C. Gerharta o usnadněné variaci , která uvádí, že morfologická evoluční novinka je generována regulačními změnami v různých členech velkého souboru konzervovaných mechanismů vývoje a fyziologie.