Különböző gének felelősek a test elülső és hátsó tengelyének kialakulásáért egy szúnyogban és egy légyben • Alexander Markov • Tudományos hírek a "Elemeken" • Fejlesztési biológia, genetika

Különböző gének felelősek a test anteroposteri tengelyének kialakulásáért szúnyogokban és légyben

Ábra. 1. A zoomolt szúnyog normál grubja Chironomus riparius (a tetején), valamint egy tojásból kifejlesztett fejetlen lárva két farokszakaszon, amelyekben a gént RNS-interferenciával (RNAi) panish. Méret hossza 30 mikron. Kép a cikkből a vita sorántudomány

Az anteroposzterális polaritás kialakulásában a Drosophila embrióban a bicoid fehérje kulcsszerepet játszik: ahol leginkább a fej képződik. Sok más rovar azonban génnel rendelkezik bicoid nem detektálható, és a test anteroposteri tengelyének kialakulásának genetikai alapja nem tisztázott. Mint kiderült, a szúnyog kialakulásában Chironomus riparius a fej helyét egy másik gén határozza meg, panish, akinek cselekvési mechanizmusa eltér bicoid. A felfedezés kimutatta, hogy a legfontosabb morfogenetikus folyamatok genetikai szabályozásának rendszerei, mint pl. A test tengelyeinek kialakulása, sokkal műanyagabbak, mint gondolták. Az evolúció során többször megváltoztak, bár az általuk ellenőrzött folyamatok változatlanul megmaradtak.

Egyes gének – a fejlődés szabályozói meglepő evolúciós konzervativizmusnak bizonyulnak. Például a gén Pax6 fontos szerepet játszik a szem fejlődése során különböző állatokban, és az általuk kódolt fehérje szerkezete annyira konzervatív, hogy az egér Pax6 képes a Drosophila szemeinek fejlődésére ösztönözni (ldszintén: A géneknek az embriókba történő időben történő felvételéért felelős fehérjét azonosították, "Elements", szeptember 02, 2013).

A fejlődést szabályozó gének evolúciós konzervativizmusa azonban messze nem abszolút (lásd: a Hox génjei evolúciósabban megváltoztathatóak voltak, mint azt korábban gondolták, Elements, október 12, 2013). Gyakran ugyanazt a fenotípusos vagy ontogenetikai folyamatot különböző organizmusokban különböző "genetikai kapcsolók" -csoportok vezérlik. Például az állatoknak sok nemi meghatározó rendszere van – molekuláris kapcsolók, amelyek az embrió hím vagy nőstény fejlődését irányítják, bár munkájuk eredményei ugyanazok: egyesek nőivarúak, más férfiak (lásd még: A nemi szaporodás fejlődése élesztőben: a felépítmény változása, az alap marad, "The Elements", 2014/02/25). Úgy tűnik, hogy ez a helyzet a kapcsolókkal, amelyek meghatározzák, hol a rovar lesz a fejét, és ahol a farok.

A Drosophila-ban az embrió elülső-posterior polaritása egy hosszú ismert és jól vizsgált gén jelenlétében alakul ki. bicoid. Ez a gén, állítólagosan a kettő közül kettőből származik Hox-gens (nevezetesen, a Hox3) kódolja a fehérje-transzkripciós szabályozót (ahogyan a homeobox-gének esetében). Anyai mRNS bicoid koncentráljon a tojás egyik pólusára. Ez a szabályozó fehérje koncentrációjának anteroposterior gradienséhez vezet. Leginkább a lárvafej feje fejlődik ki. Tevékenység elnyomása bicoid vezet fej nélküli kétorrú embriók kialakulásához (különösen akkor, ha egyidejűleg más gént is megzavarnak, púp). Ha mRNS-t viszünk be ilyen embrióba bicoidakkor, amikor bevezetésre kerül, a lárvafej vége felépül. Kétfejű embriót kaphat, ha belépsz az mRNS-be bicoid a normál embrió hátsó végénél.

Úgy tűnik, hogy egy ilyen fontos szabályozónak bizonyos evolúciós konzervativizmusnak kell lennie. Azonban a legtöbb rovar, beleértve a Diptera (szúnyogok és legyek) rendjének képviselőit, a gén bicoid egyszerűen hiányzik. Ugyanakkor természetesen a fejlõdés során is fej és farok alkotnak, de ezeknek a folyamatoknak a genetikai alapja nem tisztázott. Lehetőség volt számos olyan gént azonosítani, amelyek a méhek és a bogarak fej- és farokstruktúrájának fejlődését szabályozzák, de az anteroposzter polaritás kulcsfontosságú szabályozói bicoid, köztük nem volt.

Az amerikai biológusok felfedezték egy ilyen gént, tanulmányozva a Zvon szúnyogok fejlődését Chironomus riparius. A magazin legutóbbi kiadásában megjelent cikkben megjelentek a felfedezésükről. tudomány.

Korábban bebizonyosodott, hogy ha a veréb szúnyog korai embriójának elülső része ultraibolya besugárzással történik, akkor a fej helyett a második farok alakul ki. Ez nyilvánvalóan azt jelenti, hogy a fej normális fejlődéséhez néhány anyai transzkriptum szükséges (az anya génjeiből származó mRNS): az ultraibolya elpusztítja őket, és az állomány már nem pótolódik. Valószínű, hogy ezeknek az mRNS-eknek a koncentrációja megnövekszik a tojás felében, amelyből a rovar eleje normálisan fejlődik.

A transzkriptumok kimutatásához a szerzők a korai szúnyogembriók felét vágták le (amikor az embrió génjei még nem szerepeltek, és az anyai transzkriptumok alapján szintetizálták a fehérjéket), majd az RNS-t elkülönítetten elkülönítettük az elülső és hátsó felétől. A 6604 azonosított transzkriptum közül csak egy volt, amely sokkal nagyobb volt az embrió elülső felében, mint hátul. Ez a transzkriptum egy 131 aminosavból álló fehérjét kódol. Az egyik szakasza (cisztein-clamp domén) hasonló a Wnt jelátviteli útvonal munkájában részt vevő Pangolin fehérje fragmenséhez. Azonban nincsenek más funkcionális területek Pangolinnak az új fehérjében Panish néven.Az aminosavszekvencia alapján Panish a magban dolgozik, és valószínűleg transzkripciós szabályozó (egyes gének működését szabályozza). gén panish megjelenhet egy töredék megkettőzésével tobzoska későbbi módosításokkal. Szerzők találtak panish a két másik csengőszúnyogfaj genomjában, de a Chironomidae családon kívül, ez a gén nem tűnik megtalálható.

Annak ellenőrzésére, hogy panish az elülső és hátsó polaritás kialakulásában a kutatók az RNS-interferenciával elnyomták aktivitását, mesterséges kettős szálú RNS-t vezetett be olyan nukleotidszekvenciával, amely egy vagy másik régióval egybeesik a korai szúnyogok embriójába panish. Ez kétfejű fej nélküli embriók kialakulásához vezetett (1. További kísérletek megerősítették ezt panish ami szükséges az anteroposzter polaritás kialakulásához és a szúnyogfej kialakulásához.

Az is nyilvánvalóvá vált, hogy a cselekvés panish különbözik a cselekvéstől bicoid. Ha belépsz a Drosophila mRNS csírájába bicoid, kiderült, hogy kétfejű, szakadatlan lárva van. Ha belépsz a szúnyogriimer mRNS embriójának hátába panish, a második fej nem növekszik, és a fejlődés többé-kevésbé normális.Ez két dolog egyikét jelentheti: vagy vannak olyan további tényezők az embrió elülső részén, amely együtt jár panish, amely a fej kifejlesztéséhez vagy az embrió hátsó végéhez szükséges, vannak olyan tényezők, amelyek blokkolják az akciót panish. Ennek megértéséhez a szerzők elkezdték letiltani más géneket az embriókban, amelyek homológjai a Drosophilában szerepet játszanak a fej vagy a farok egyes struktúrái fejlődésének szabályozásában. A "gyanúsítottak" száma a gének szúnyog homológja volt nanos, púp, orthodenticle / ocelliless, farokhoz tartozó és farkatlan.

Kiderült, hogy ezeknek a géneknek az elhagyása a szúnyogembrióban különböző deformitásokhoz vezethet, de a test elülső és hátsó tengelye még mindig megfelelően alakul ki. Különösen a gén nanosakiknek anyai mRNS-e a tojás hátsó polarájára összpontosul, fontos szerepet játszik a Drosophila elülső-posterior polaritás kialakításában, ami gátolja az akciót bicoidde szúnyog nanos nem zavarja a munkát panish és nyilvánvalóan nem kulcsszerepet játszik a test anteroposteri tengelyének kialakulásában.

Kivételt képez a gén farkatlan. A Drosophila-ban szükség van néhány kaudális és fejstruktúra normál fejlődésére, de nem befolyásolja az anteroposzter polaritást. a szúnyog Chironomus riparius lekapcsolás farkatlan vezetett a csúnya hézag nélküli embriók kifejlődéséhez, két erősen deformált fejjel a test mindkét végében (2. További kísérletek megerősítették ezt farkatlan a C. riparius gátolja az embrió elülső részének kialakulásához szükséges gének működését (Drosophila farkatlan nincs ilyen tulajdonsága). gén panish, Ellenkezőleg, elfojtja a "farok" gének, beleértve a gént is farkatlan. A normál embriókban farkatlan csak hátul van kifejezve, de ha letiltja panish, kifejezés farkatlan "elkenve" az egész embrióban. Ezzel panish különbözik a Drosophila-ban lévő génjével bicoidamely nem farok gén represszor, hanem a fejgén aktivátor.

Ábra. 2. Normál grub fej Chironomus riparius (a bal oldalon, méretarányú 10 mikron) és egy csúnya kétfejes embrió, amely a gén letiltásával jött létre farkatlan (méretarányú 30 mikron). Szaggatott vonal a szimmetria síkjának pozícióját mutatja. Kép a cikkből a vita során tudomány

Így a Drosophila és a gyűrűs szúnyogok (3. Ábra) a génszabályozás rendszerei, amelyek szabályozzák a test anteroposteri tengelyének kialakulását. A Drosophila-ban az "első" tényezők kulcsszerepet játszanak. bicoid és púp és a "vissza" tényező nanos, a szúnyog megfelel nekik panish, amely csak néhány fajta chironomidban található meg, és farkatlan, ami más rovarokban van, de más funkciókat is ellát.

Ábra. 3. A szúnyogok anteroposzter polaritásának kialakulásának szabályozása Chironomus és a gyümölcslilák. nyíl mutatja az aktiváló hatásokat, sikátor – gátlás. az anyai – anyai gének, az embrió zigotikus génjei, mindenütt jelenlévő aktivátorok – általános aktivátorok, fejgének – "fej" gének, amelyek szabályozzák az embrió, a tail gének – "tail" gének (tll – farkatlan). Ábra további anyagokból a tárgyalt cikkbe tudomány

A tanulmány ismételten azt mutatta, hogy az egyéni fejlődés irányát szabályozó szabályozó génhálózatok, beleértve a legfontosabb és evolúciósan konzervatív morfogenetikus folyamatok szabályozóit, nem kell nagyon konzervatívnak lenniük. A folyamatok továbbra is fennállnak, bár a genetikai kapcsolókészletek, amelyek szabályozzák őket, változhatnak. Ez igaz a génre bicoid, amely csak az evolúciósan fejlett legyek egyikében fordul elő (4. ábra, Cyclorrhapha), és még akkor sem az összes képviselő között. Nyilvánvalóan ez a kincs ősei jelentek meg, majd önállóan elvesztették egymást.

Ábra. 4. A gén elterjedt bicoid a két szárnyú (Diptera) csapatban. Zöld négyzetek megjelölt csoportokat, amelyeknek van génje bicoid, fekete – azok, akiknek nincsenek benne, a többiek hiányoznak a szükséges genomikai adatok. A rendszer azt mutatja, hogy ez a kulcsszereplő a Drosophila anteroposzter polaritásának kialakulásában egy viszonylag késő evolúciós szerzés, amely a Cyclorrhapha csoport ősei között jelent meg. Nyilvánvaló, hogy más dipteránok, köztük a bogár szúnyogok (Chironomidae), más géneknek is végre kell hajtaniuk funkcióit. A chironomid egy gén panish, a többieknek valami másnak kell lenniük, mivel nincsenek bicoidvagy panish. Ábra a tárgyalt cikkből tudomány

A legfontosabb morfogenetikus folyamatokat vezérlő kapcsolók evolúciós plaszticitása két körülményhez köthető. Az első az ilyen kapcsolók új funkciókkal való megszerzésének egyszerűsége, mivel csak kapcsolók, és nem érdekli, hogy mit kell váltani (lásd: A lepkék színváltozásáért felelős gén, "Elements", 2011. 08. 31.; komplex, "Elements", 2014/02/14). Ez magyarázza az ilyen gének csodálatos multifunkcionalitását.A második a szabályozó génhálózatok "redundanciája", amelyet a funkciók ismétlődő megkettőzésével határoznak meg, ami a fejlődés zajminőségének javítására való alkalmazkodásnak tekinthető (lásd: Redundáns szabályozók az embrió immunitásának fejlesztését, Elements-t), 2010.06.06. A szabályozóhálózatok redundanciája a zajártalom-mentes fejlődést teszi lehetővé "Elements", 2010.02.02.).

Forrás: Jeff Klomp, Derek Athy, Chun Wai Kwan, Natasha I. Bloch, Thomas Sandmann, Steffen Lemke és Urs Schmidt-Ott. Egy cisztein-clamp gén hajtja a Chironomus kagylójában // tudomány. 2015. V. 348. P 1040-1042.

Lásd még a szabályozási génhálózatok fejlődését:
1) A nemi szaporodás fejlődése élesztőben: a felépítmény változik, az alapok továbbra is fennmaradnak, "Elements", 2014/02/25.
2) A Hox-gének sokkal változatosabbnak tűntek, mint korábban gondolták, "Elements", 2013/12/10.
3) Megtalálta a génváltozást a lepkék színének alakulásáért, "Elements", 2011/08/31.
4) Talált egy olyan gén, amely az egyszerű leveleket összetett, "Elements", 2014/02/18-ban váltja fel.
5) A redundáns szabályozók fejlesztik az embrió zajszűrő, "Elements", 06/06/2010.
6) A szabályozói hálózatok redundanciája erőteljes "Elements" kifejlesztést tesz lehetővé, 2010.02.22.

Alexander Markov


Like this post? Please share to your friends:
Vélemény, hozzászólás?

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: