ยีน Hoxเป็นครอบครัวขนาดใหญ่ของยีนที่มีความรับผิดชอบในการควบคุมการพัฒนาของโครงสร้างร่างกาย พบได้ใน metazoans ทั้งหมดและในเชื้อสายอื่น ๆ เช่นพืชและสัตว์ ดังนั้นจึงมีลักษณะที่ได้รับการอนุรักษ์ตามวิวัฒนาการอย่างมาก
ยีนเหล่านี้ทำงานดังต่อไปนี้: เป็นรหัสสำหรับปัจจัยการถอดความซึ่งเป็นโปรตีนที่สามารถโต้ตอบกับดีเอ็นเอซึ่งแสดงออกในพื้นที่เฉพาะของแต่ละบุคคลตั้งแต่ขั้นตอนแรกสุดของการพัฒนา ลำดับการจับดีเอ็นเอนี้เรียกว่าโฮมบ็อกซ์
ที่มา: Antonio Quesada Díazผ่าน Wikimedia Commons
ด้วยการวิจัยเกือบ 30 ปีในสาขานี้นักวิทยาศาสตร์ได้ศึกษาเชื้อสายที่แตกต่างกันและได้ข้อสรุปว่ารูปแบบการแสดงออกของยีนเหล่านี้มีความเกี่ยวข้องอย่างมากกับการแบ่งภูมิภาคของแกนร่างกาย
หลักฐานนี้ชี้ให้เห็นว่ายีน Hox มีบทบาทสำคัญอย่างยิ่งในวิวัฒนาการของแผนการดำรงชีวิตของสิ่งมีชีวิตโดยเฉพาะอย่างยิ่งใน Bilateria ดังนั้นยีน Hox ทำให้สามารถอธิบายความหลากหลายของรูปแบบสัตว์ได้จากมุมมองของโมเลกุล
ในมนุษย์เรามียีน Hox 39 ยีน สิ่งเหล่านี้ถูกจัดกลุ่มออกเป็นสี่กลุ่มหรือกลุ่มซึ่งอยู่บนโครโมโซมที่แตกต่างกัน: 7p15, 17q21.2, 12q13 และ 2q31
การค้นพบ
การค้นพบยีน Hox ถือเป็นก้าวสำคัญในชีววิทยาวิวัฒนาการและพัฒนาการ ยีนเหล่านี้ถูกค้นพบในช่วงทศวรรษที่ 70 ถึง 80 เนื่องจากการสังเกตการกลายพันธุ์ที่สำคัญสองอย่างในแมลงวันผลไม้ Drosophila melanogaster
หนึ่งในการกลายพันธุ์ antennapedia เปลี่ยนหนวดเป็นขาในขณะที่การกลายพันธุ์ของ bithorax ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงของ halteres (โครงสร้างที่ดัดแปลงโดยทั่วไปของแมลงที่มีปีก) เป็นปีกอีกคู่หนึ่ง
ดังจะเห็นได้ว่าเมื่อยีน Hox มีการกลายพันธุ์ผลของสิ่งนี้ค่อนข้างน่าทึ่ง และเช่นเดียวกับแมลงหวี่การเปลี่ยนแปลงนำไปสู่การก่อตัวของโครงสร้างในที่ที่ไม่ถูกต้อง
ก่อนการค้นพบยีน Hox นักชีววิทยาส่วนใหญ่เชื่อว่าความหลากหลายทางสัณฐานวิทยาได้รับการสนับสนุนจากความหลากหลายในระดับดีเอ็นเอ มีเหตุผลที่จะสันนิษฐานว่าความแตกต่างที่ชัดเจนระหว่างวาฬกับนกฮัมมิงเบิร์ดจะต้องสะท้อนให้เห็นในเงื่อนไขทางพันธุกรรม
ด้วยการถือกำเนิดของยีน Hox ความคิดนี้ได้เปลี่ยนไปอย่างสิ้นเชิงทำให้เกิดกระบวนทัศน์ใหม่ทางชีววิทยา: เส้นทางร่วมกันของการพัฒนาทางพันธุกรรมที่รวมการก่อตัวของ Metazoans เข้าด้วยกัน
ยีน Hox คืออะไร?
ก่อนที่จะกำหนดแนวคิดของยีน Hox จำเป็นอย่างยิ่งที่จะต้องทราบว่ายีนคืออะไรและทำงานอย่างไร ยีนคือลำดับดีเอ็นเอที่มีข้อความแสดงในฟีโนไทป์
ข้อความของ DNA เขียนด้วยนิวคลีโอไทด์ในบางกรณีสิ่งเหล่านี้จะผ่านไปยัง Messenger RNA และสิ่งนี้ถูกแปลโดยไรโบโซมเป็นลำดับของกรดอะมิโนซึ่งเป็น "โครงสร้าง" ของโปรตีน
ยีน Hox เป็นยีนโฮมโอติกที่รู้จักกันดีที่สุดซึ่งมีหน้าที่ควบคุมรูปแบบเฉพาะของโครงสร้างร่างกาย สิ่งเหล่านี้มีหน้าที่ในการควบคุมเอกลักษณ์ของส่วนต่างๆตามแกน anteroposterior ของสัตว์
พวกมันอยู่ในตระกูลยีนเดี่ยวที่เป็นรหัสสำหรับโปรตีนที่มีลำดับกรดอะมิโนเฉพาะที่สามารถโต้ตอบกับโมเลกุลของดีเอ็นเอได้
นี่คือที่มาของคำว่า homeobox เพื่ออธิบายส่วนนี้ในยีนในขณะที่โปรตีนเรียกว่า homeodomain ลำดับโฮมบ็อกซ์มีลำดับของคู่ฐาน 180 คู่และโดเมนเหล่านี้ได้รับการอนุรักษ์อย่างมากในกลุ่ม Phyla ที่แตกต่างกัน
ด้วยการมีปฏิสัมพันธ์กับ DNA ยีน Hox จึงสามารถควบคุมการถอดความของยีนอื่น ๆ
คำศัพท์
ยีนที่เกี่ยวข้องกับการทำงานทางสัณฐานวิทยาเหล่านี้เรียกว่า homeotic loci ในอาณาจักรสัตว์สิ่งที่สำคัญที่สุดเรียกว่า HOM loci (ในสัตว์ไม่มีกระดูกสันหลัง) และ Hox loci (ในสัตว์มีกระดูกสันหลัง) อย่างไรก็ตามโดยทั่วไปรู้จักกันในชื่อ Hox loci
ลักษณะเฉพาะ
ยีน Hox มีลักษณะที่แปลกประหลาดและน่าสนใจเป็นจำนวนมาก ประเด็นสำคัญเหล่านี้ช่วยให้เข้าใจการทำงานและบทบาทที่เป็นไปได้ในชีววิทยาวิวัฒนาการ
ยีนเหล่านี้จัดเป็น "ยีนคอมเพล็กซ์" ซึ่งหมายความว่าพวกมันอยู่ใกล้กันบนโครโมโซม - ในแง่ของตำแหน่งเชิงพื้นที่
คุณลักษณะที่สองคือความสัมพันธ์ที่น่าประหลาดใจที่มีอยู่ระหว่างลำดับของยีนในลำดับดีเอ็นเอและตำแหน่งที่อยู่ก่อนวัยของผลิตภัณฑ์ของยีนเหล่านี้ในเอ็มบริโอ แท้จริงแล้วยีนที่ "ไปข้างหน้า" อยู่ในตำแหน่งนั้น
ในทำนองเดียวกันนอกเหนือจากการเปรียบเทียบเชิงพื้นที่แล้วยังมีความสัมพันธ์ทางโลก ยีนที่อยู่ที่ปลาย 3 'เกิดขึ้นก่อนหน้านี้ในการพัฒนาของแต่ละบุคคลเมื่อเทียบกับยีนที่พบในระยะหลัง
ยีน Hox อยู่ในคลาสที่เรียกว่า ANTP ซึ่งรวมถึงยีน ParaHox (ที่เกี่ยวข้องกับสิ่งเหล่านี้) ยีน NK และอื่น ๆ
วิวัฒนาการของยีน
ไม่มียีนของคลาส ANTP มาจาก Metazoans ในการพัฒนาวิวัฒนาการของสัตว์กลุ่มนี้ porifers เป็นกลุ่มแรกที่แยกจากกันตามด้วย cnidarians เชื้อสายทั้งสองนี้แสดงถึงกลุ่มฐานสองกลุ่มของ bilaterals
การวิเคราะห์ทางพันธุกรรมดำเนินการกับฟองน้ำที่มีชื่อเสียง Amphimedon queenslandica - ชื่อเสียงของมันเกิดจากยีนสำหรับระบบประสาท - พบว่ารูพรุนนี้มียีนหลายชนิดของ NK แต่ไม่มียีน Hox หรือ ParaHox
ยีน Hox ดังกล่าวไม่ได้รับการรายงานใน cnidarians ที่ตรงตามลักษณะดังกล่าว อย่างไรก็ตามมียีนที่คล้าย Hox
ในทางกลับกันสัตว์ไม่มีกระดูกสันหลังมียีน Hox กระจุกเดียวในขณะที่สัตว์มีกระดูกสันหลังมีหลายสำเนา ข้อเท็จจริงนี้มีความสำคัญและเป็นแรงบันดาลใจในการพัฒนาทฤษฎีเกี่ยวกับวิวัฒนาการของกลุ่ม
แหล่งกำเนิดของสัตว์มีกระดูกสันหลัง
มุมมองแบบคลาสสิกของแง่มุมนี้ระบุว่ากลุ่มยีนทั้งสี่กลุ่มในจีโนมของมนุษย์มีต้นกำเนิดมาจากการจำลองแบบของจีโนมทั้งหมดสองรอบ อย่างไรก็ตามการพัฒนาเทคโนโลยีการจัดลำดับใหม่ทำให้เกิดข้อสงสัยในทฤษฎีนี้
หลักฐานใหม่นี้สนับสนุนสมมติฐานที่เกี่ยวข้องกับเหตุการณ์ขนาดเล็ก (การทำสำเนาส่วนการทำซ้ำยีนและการเปลี่ยนตำแหน่งของแต่ละบุคคล) ซึ่งทำให้ได้ยีน Hox จำนวนมากที่เราสังเกตเห็นในกลุ่มนี้ในปัจจุบัน
อ้างอิง
- Acampora, D. , D'esposito, M. , Faiella, A. , Pannese, M. , Migliaccio, E. , Morelli, F. , … & Boncinelli, E. (1989) ครอบครัวยีน HOX ของมนุษย์ การวิจัยกรดนิวคลีอิก, 17 (24), 10385-10402
- เฟอร์เนอร์, เดลาแวร์ (2011). ยีน Hox และ ParaHox ในวิวัฒนาการการพัฒนาและจีโนมิกส์ Genomics, Proteomics & Bioinformatics, 9 (3), 63-4.
- Hrycaj, SM และ Wellik, DM (2016) ยีนและวิวัฒนาการของ Hox F1000Research, 5, F1000 คณะ Rev-859
- Lappin, TR, Grier, DG, Thompson, A. , & Halliday, HL (2006) ยีน HOX: วิทยาศาสตร์ที่เย้ายวนกลไกลึกลับ วารสารทางการแพทย์ Ulster, 75 (1), 23-31
- Pearson, JC, Lemons, D. , & McGinnis, W. (2005). การปรับการทำงานของยีน Hox ระหว่างการสร้างลายร่างกายสัตว์ พันธุศาสตร์บทวิจารณ์ธรรมชาติ, 6 (12), 893.