جينات Hox: الاكتشاف والخصائص والتطور

جينات Hox هي عائلة كبيرة من الجينات التي تنظم تطور هياكل الجسم. تم العثور عليها في جميع metazoans وغيرها من الأنساب ، مثل النباتات والحيوانات. لذلك ، فهي تتميز بتطورها المحفوظ للغاية.

تعمل هذه الجينات بالطريقة التالية: فهي ترمز لعامل النسخ - وهو بروتين قادر على التفاعل مع الحمض النووي - والذي يتم التعبير عنه في منطقة معينة من الفرد من المراحل المبكرة من التطور. هذا التسلسل من الارتباط مع الحمض النووي يسمى homeobox.

مع ما يقرب من 30 عامًا من البحث في هذا المجال ، درس العلماء سلالات مختلفة وتوصلوا إلى استنتاج مفاده أن أنماط التعبير عن هذه الجينات ترتبط ارتباطًا وثيقًا بإضفاء الطابع الإقليمي على محاور الجسم.

يشير هذا الدليل إلى أن جينات Hox لعبت دوراً لا غنى عنه في تطور الخطط الجسدية للكائنات الحية ، وخاصة في Bilateria. وهكذا ، سمحت جينات Hox بتفسير التنوع الرائع لأشكال الحيوانات ، من منظور جزيئي.

فينا ، البشر ، هناك 39 جينة Hox. يتم تجميعها في أربع مجموعات أو مجموعات ، وتقع في الكروموسومات المختلفة: 7p15 ، 17q21.2 ، 12q13 و 2 q31.

اكتشاف

كان اكتشاف جينات Hox علامة فارقة في البيولوجيا التطورية والتنموية. تم اكتشاف هذه الجينات بين سبعينيات وثمانينيات القرن الماضي بفضل ملاحظة تحورتين رئيسيتين في ذبابة الفاكهة ، ذبابة الفاكهة السوداء.

أحد الطفرات ، هوائيات ، يحول الهوائيات إلى أرجل ، في حين أن طفرة البيثوراكس تتسبب في تحويل الرسن (هياكل معدلة ، نموذجي للحشرات ذات الأجنحة) إلى زوج آخر من الأجنحة.

كما يمكن أن يرى ، عندما يكون لجينات Hox طفرات ، تكون نتيجة ذلك مثيرة للغاية. وكما هو الحال في ذبابة الفاكهة ، فإن التغيير يؤدي إلى تشكيل الهياكل في الأماكن الخطأ.

قبل اكتشاف جينات Hox ، اعتقد معظم علماء الأحياء أن التنوع المورفولوجي كان مدعومًا بمجموعة متنوعة من مستويات الحمض النووي. كان من المنطقي افتراض أن الاختلافات الواضحة بين الحوت والطيور الطنانة ، على سبيل المثال ، ينبغي أن تنعكس في المصطلحات الوراثية.

مع وصول جينات Hox ، اتخذ هذا الفكر منعطفًا كاملاً ، وأفسح المجال لنموذج جديد في علم الأحياء: طريق مشترك للتطور الوراثي يوحد جينات Metazoans.

ما هي جينات Hox؟

قبل تحديد مفهوم جينات Hox ، من الضروري معرفة ماهية الجينة وكيف تعمل. الجينات هي تسلسل الحمض النووي الذي يتم التعبير عن رسالته في النمط الظاهري.

تتم كتابة رسالة الحمض النووي في النيوكليوتيدات ، وفي بعض الحالات تنتقل إلى الحمض النووي الريبي المرسول ، وهذا يترجم بواسطة الريبوسومات إلى سلسلة من الأحماض الأمينية - "الكتل" الهيكلية للبروتينات.

جينات Hox هي أشهر فئة من الجينات التماثلية ، وظيفتها هي التحكم في أنماط معينة من هياكل الجسم. هذه هي المسؤولة عن السيطرة على هوية القطاعات على طول المحور الخلفي الخلفي للحيوانات.

وهي تنتمي إلى عائلة جينية واحدة ترمز إلى بروتين يحتوي على تسلسل حمض أميني معين قادر على التفاعل مع جزيء الحمض النووي.

هذا هو المكان الذي يأتي منه مصطلح homeobox لوصف هذا القسم في الجين ، بينما في البروتين يطلق عليه homeodomain. يحتوي تسلسل homeobox على تسلسل 180 زوجًا أساسيًا ، ويتم الحفاظ على هذه المجالات جيدًا تطوريًا بين أشكال مختلفة.

بفضل هذا التفاعل مع الحمض النووي ، تستطيع جينات Hox تنظيم نسخ الجينات الأخرى.

مصطلحات

الجينات المعنية هي مثل هذه الوظائف المورفولوجية تسمى المثلية المحلية. في المملكة الحيوانية ، تُعرف الأهم باسم loci HOM (في اللافقاريات) و loci Hox (في الفقاريات). ومع ذلك ، فهي معروفة باسم Hox loci .

ملامح

تحتوي جينات Hox على سلسلة من الخصائص الغريبة والمثيرة للاهتمام. هذه الجوانب الرئيسية تساعد على فهم عملها ودورها المحتمل في البيولوجيا التطورية.

يتم تنظيم هذه الجينات في "مجمعات الجينات" ، وهذا يعني أنها تقع بالقرب من الكروموسومات - من حيث موقعها المكاني.

السمة الثانية هي العلاقة المدهشة القائمة بين ترتيب الجينات في تسلسل الحمض النووي والموقع الخلفي الخلفي لمنتجات هذه الجينات في الجنين. حرفيا الجينات التي تذهب "إلى الأمام" في هذا الموقف.

بنفس الطريقة ، بالإضافة إلى العلاقة الخطية المكانية ، هناك علاقة زمنية. تظهر الجينات الموجودة في الطرف الثالث في وقت مبكر في تطور الفرد ، مقارنة بالجينات التي عثر عليها مرة أخرى.

تنتمي جينات Hox إلى الفئة المسماة ANTP ، والتي تتضمن أيضًا جينات ParaHox (المتعلقة بهذه) ، جينات NK وغيرها.

تطور الجينات Hox

لا توجد جينات من فئة ANTP من Metazoans. في التطور التطوري لهذه المجموعة الحيوانية ، كانت بوريفيرا أول مجموعة تفصل ، تليها العقيدة. تمثل هذه الأنساب مجموعتين أساسيتين من bilaterados.

كشف التحليل الوراثي الذي تم إجراؤه على إسفنجة Amphimedon queenslandica الشهيرة - شهرتها ترجع إلى جينات للجهاز العصبي - أن هذه البورفيري تمتلك عدة جينات من النوع NK ، ولكن لا يوجد جين Hox أو ParaHox.

في المذنبين ، لم يتم الإبلاغ عن أي جينات Hox على هذا النحو ، والتي تتوافق مع الخصائص المذكورة أعلاه. ومع ذلك ، هناك جينات تشبه Hox.

من ناحية أخرى ، تحتوي اللافقاريات على مجموعة واحدة من جينات Hox ، بينما للفقاريات نسخ متعددة. هذه الحقيقة كانت حاسمة وألهمت تطور النظريات حول تطور المجموعة.

أصل الفقاريات

يرى النظرة الكلاسيكية لهذا الجانب أن المجموعات الأربع للجينات في الجينوم البشري نشأت بفضل جولتين من تكرار الجينوم بأكمله. ومع ذلك ، فإن تطوير تقنيات التسلسل الجديدة تحدى النظرية.

تؤيد الأدلة الجديدة الفرضية المتعلقة بالأحداث صغيرة النطاق (ازدواجية الأجزاء ، الازدواجية الفردية للجينات والانتقالات) التي حققت العدد الكبير من جينات Hox التي نلاحظها في هذه المجموعة اليوم.