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工具包基因

十二月 13, 2023

工具包基因或工具箱基因（英語：toolkit gene），是Evo-devo基因工具包（英語：evo-devo gene toolkit）的成员，代指生物体基因组中的一小部分基因，其产物控制着生物体的胚胎发育。工具箱基因是进化发育生物学中分子遗传学、古生物学、进化和发育生物学（Evo-devo）综合研究的核心。

果蝇身上所有8种Hox基因的表达各自对应到相应的体节发育

简介 编辑

工具包基因在门类中高度保守，可以追溯到兩側對生動物的可能共同始祖（英语：Urbilaterian），7个Pax基因（英语：Pax genes）即被推测为这样的一组工具包。 [1]

工具箱基因的不同部署影响身体计划（英语：body plan）和身体部位的数量、身份（英语：Cell fate determination）和模式（英语：Pattern formation）。大多数工具箱基因是信号通路的组成部分，负责编码转录因子、细胞粘附蛋白、细胞表面受体蛋白以及与之结合的信号配体，以及形态素（英语：morphogen），所有这些都参与决定未分化细胞的命运（英语：Cell fate determination），确定其在哪里、在何时产生，进而形成生物体的身体计划（英语：body plan）。Hox基因簇或复合体是其中最重要的工具包基因之一。Hox基因和含有更广泛分布的同源异型盒蛋白结合 DNA模体的转录因子，在身体轴发育方面起到重要作用。通过组合指定特定身体区域的身份，Hox基因决定了在发育中的胚胎或幼虫中四肢和其他身体部分将在哪里生长。另一类典型的工具箱基因是Pax6/eyeless基因，它控制所有动物的眼睛形成：已发现它在小鼠和果蝇中产生眼睛，小鼠Pax6/eyeless基因在果蝇中也有表达。[2]

不同生物体可能采用相同的工具包基因，意味着生物体形态进化可能很大一部分是基因工具包变异的产物：要么是这些工具箱使得基因改变了它们的表达模式，要么是使之获得了新的功能。如BMP基因表达差异使得大嘴地雀的喙较其他雀类更大。[3]

进化过程中，蛇和其他有鳞目动物失去腿，研究发现期间基因表达模式的改变：Distal-less（英语：Distal-less）基因在其他四足动物形成肢体的区域表达不足，或者根本没有表达。[4]1994年，肖恩·B·卡罗尔的研究小组在1994年发现，Distal-less（英语：Distal-less）基因亦决定了蝴蝶翅膀上的眼斑模式，表明工具包基因可以发生功能上的变化。[5][6][7]

工具箱基因除了具有高度保守性外，还具有相同功能的进化趋势，可能是趋同进化，也可能是平行进化。Distal-less（英语：Distal-less）基因负责四足动物和昆虫的附肢形成，或在更细的尺度上在红带袖蝶等蝴蝶上负责产生蝴蝶的翅膀图案。 这些蝴蝶的穆氏拟态（英语：Müllerian mimics）在不同的进化事件中出现，但是由相同的基因控制。[8]蝴蝶先后出现的进化支持了趋利变异（英语：facilitated variation）理论，即形态进化的更新是由大量发育和生理的保守机制的调控变化产生的。[9]

参考文献 编辑

  1. ^ Friedrich, Markus. Evo-Devo gene toolkit update: at least seven Pax transcription factor subfamilies in the last common ancestor of bilaterian animals Authors. Evolution & Development. 2015, 17 (5): 255–257. PMID 26372059. doi:10.1111/ede.12137. 
  2. ^ Xu, P. X.; Woo, I.; Her, H.; Beier, D. R.; Maas, R. L. Mouse Eya homologues of the Drosophila eyes absent gene require Pax6 for expression in lens and nasal placode. Development. 1997, 124 (1): 219–231. PMID 9006082. 
  3. ^ Abzhanov, A.; Protas, M.; Grant, B. R.; Grant, P. R.; Tabin, C. J. Bmp4 and Morphological Variation of Beaks in Darwin's Finches. Science. 2004, 305 (5689): 1462–1465. Bibcode:2004Sci...305.1462A. PMID 15353802. doi:10.1126/science.1098095. 
  4. ^ Cohn, M. J.; Tickle, C. Developmental basis of limblessness and axial patterning in snakes. Nature. 1999, 399 (6735): 474–479. Bibcode:1999Natur.399..474C. PMID 10365960. doi:10.1038/20944. 
  5. ^ Beldade, P.; Brakefield, P. M.; Long, A.D. Contribution of Distal-less to quantitative variation in butterfly eyespots. Nature. 2002, 415 (6869): 315–318. PMID 11797007. doi:10.1038/415315a. 
  6. ^ Werner, Thomas. Leopard Spots and Zebra Stripes on Fruit Fly Wings. Nature Education. 2015, 8 (2): 3 [2019-05-22]. （原始内容于2020-12-20）. 
  7. ^ Carroll, Sean B.; et al. Pattern formation and eyespot determination in butterfly wings. Science. 1994, 265 (5168): 109–114. doi:10.1126/science.7912449. 
  8. ^ Baxter, S. W.; Papa, R.; Chamberlain, N.; Humphray, S. J.; Joron, M.; Morrison, C.; ffrench-Constant, R. H.; McMillan, W. O.; Jiggins, C. D. Convergent Evolution in the Genetic Basis of Mullerian Mimicry in Heliconius Butterflies. Genetics. 2008, 180 (3): 1567–1577. PMC 2581958  . PMID 18791259. doi:10.1534/genetics.107.082982. 
  9. ^ Gerhart, John; Kirschner, Marc. The theory of facilitated variation. Proceedings of the National Academy of Sciences. 2007, 104 (suppl1): 8582–8589. Bibcode:2007PNAS..104.8582G. PMC 1876433  . PMID 17494755. doi:10.1073/pnas.0701035104. 

十二月 13, 2023
工具包基因, 或工具箱基因, 英語, toolkit, gene, 是evo, devo基因工具包, 英語, devo, gene, toolkit, 的成员, 代指生物体基因组中的一小部分基因, 其产物控制着生物体的胚胎发育, 工具箱基因是进化发育生物学中分子遗传学, 古生物学, 进化和发育生物学, devo, 综合研究的核心, 果蝇身上所有8种hox基因的表达各自对应到相应的体节发育简介, 编辑在门类中高度保守, 可以追溯到兩側對生動物的可能共同始祖, 英语, urbilaterian, 7个pax基因, 英语. 工具包基因或工具箱基因 英語 toolkit gene 是Evo devo基因工具包 英語 evo devo gene toolkit 的成员 代指生物体基因组中的一小部分基因 其产物控制着生物体的胚胎发育 工具箱基因是进化发育生物学中分子遗传学 古生物学 进化和发育生物学 Evo devo 综合研究的核心 果蝇身上所有8种Hox基因的表达各自对应到相应的体节发育简介 编辑工具包基因在门类中高度保守 可以追溯到兩側對生動物的可能共同始祖 英语 Urbilaterian 7个Pax基因 英语 Pax genes 即被推测为这样的一组工具包 1 工具箱基因的不同部署影响身体计划 英语 body plan 和身体部位的数量 身份 英语 Cell fate determination 和模式 英语 Pattern formation 大多数工具箱基因是信号通路的组成部分 负责编码转录因子 细胞粘附蛋白 细胞表面受体蛋白以及与之结合的信号配体 以及形态素 英语 morphogen 所有这些都参与决定未分化细胞的命运 英语 Cell fate determination 确定其在哪里 在何时产生 进而形成生物体的身体计划 英语 body plan Hox基因簇或复合体是其中最重要的工具包基因之一 Hox基因和含有更广泛分布的同源异型盒蛋白结合 DNA模体的转录因子 在身体轴发育方面起到重要作用 通过组合指定特定身体区域的身份 Hox基因决定了在发育中的胚胎或幼虫中四肢和其他身体部分将在哪里生长 另一类典型的工具箱基因是Pax6 eyeless基因 它控制所有动物的眼睛形成 已发现它在小鼠和果蝇中产生眼睛 小鼠Pax6 eyeless基因在果蝇中也有表达 2 不同生物体可能采用相同的工具包基因 意味着生物体形态进化可能很大一部分是基因工具包变异的产物 要么是这些工具箱使得基因改变了它们的表达模式 要么是使之获得了新的功能 如BMP基因表达差异使得大嘴地雀的喙较其他雀类更大 3 进化过程中 蛇和其他有鳞目动物失去腿 研究发现期间基因表达模式的改变 Distal less 英语 Distal less 基因在其他四足动物形成肢体的区域表达不足 或者根本没有表达 4 1994年 肖恩 B 卡罗尔的研究小组在1994年发现 Distal less 英语 Distal less 基因亦决定了蝴蝶翅膀上的眼斑模式 表明工具包基因可以发生功能上的变化 5 6 7 工具箱基因除了具有高度保守性外 还具有相同功能的进化趋势 可能是趋同进化 也可能是平行进化 Distal less 英语 Distal less 基因负责四足动物和昆虫的附肢形成 或在更细的尺度上在红带袖蝶等蝴蝶上负责产生蝴蝶的翅膀图案 这些蝴蝶的穆氏拟态 英语 Mullerian mimics 在不同的进化事件中出现 但是由相同的基因控制 8 蝴蝶先后出现的进化支持了趋利变异 英语 facilitated variation 理论 即形态进化的更新是由大量发育和生理的保守机制的调控变化产生的 9 参考文献 编辑 Friedrich Markus Evo Devo gene toolkit update at least seven Pax transcription factor subfamilies in the last common ancestor of bilaterian animals Authors Evolution amp Development 2015 17 5 255 257 PMID 26372059 doi 10 1111 ede 12137 Xu P X Woo I Her H Beier D R Maas R L Mouse Eya homologues of the Drosophila eyes absent gene require Pax6 for expression in lens and nasal placode Development 1997 124 1 219 231 PMID 9006082 Abzhanov A Protas M Grant B R Grant P R Tabin C J Bmp4 and Morphological Variation of Beaks in Darwin s Finches Science 2004 305 5689 1462 1465 Bibcode 2004Sci 305 1462A PMID 15353802 doi 10 1126 science 1098095 Cohn M J Tickle C Developmental basis of limblessness and axial patterning in snakes Nature 1999 399 6735 474 479 Bibcode 1999Natur 399 474C PMID 10365960 doi 10 1038 20944 Beldade P Brakefield P M Long A D Contribution of Distal less to quantitative variation in butterfly eyespots Nature 2002 415 6869 315 318 PMID 11797007 doi 10 1038 415315a Werner Thomas Leopard Spots and Zebra Stripes on Fruit Fly Wings Nature Education 2015 8 2 3 2019 05 22 原始内容存档于2020 12 20 Carroll Sean B et al Pattern formation and eyespot determination in butterfly wings Science 1994 265 5168 109 114 doi 10 1126 science 7912449 Baxter S W Papa R Chamberlain N Humphray S J Joron M Morrison C ffrench Constant R H McMillan W O Jiggins C D Convergent Evolution in the Genetic Basis of Mullerian Mimicry in Heliconius Butterflies Genetics 2008 180 3 1567 1577 PMC 2581958 nbsp PMID 18791259 doi 10 1534 genetics 107 082982 Gerhart John Kirschner Marc The theory of facilitated variation Proceedings of the National Academy of Sciences 2007 104 suppl1 8582 8589 Bibcode 2007PNAS 104 8582G PMC 1876433 nbsp PMID 17494755 doi 10 1073 pnas 0701035104 取自 https zh wikipedia org w index php title 工具包基因 amp oldid 71821101, 维基百科，wiki，书籍，书籍，图书馆，

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