ディープホモロジーとツールキット遺伝子

動物界全体で共有される少数の古代の調節遺伝子が、どのように発生をパターン化し、非常に異なる構造間の予期せぬ相同性を明らかにしているか。

Definition

ツールキット遺伝子とは、動物全体で広く共有され、主要な発生決定を制御する、保存された調節遺伝子のセットです。ディープホモロジーとは、遠縁の生物の構造間で、同じ根底にある遺伝子および発生プログラムが共有されていることを指します。これは、構造自体が同じ器官として直接継承されていない場合でも当てはまります。

Scope

このトピックでは、保存された発生遺伝子ツールキット（Hox遺伝子やその他のマスターレギュレーターを含む）と、ディープホモロジーの概念について扱います。ディープホモロジーとは、遠縁の動物の構造に同様の遺伝子プログラムが根底にあることを指します。眼の発生における共有されたマスター遺伝子のような古典的な例を用いて、古代の調節遺伝子が系統間でどのように再利用されているかを説明します。

Core questions

• 保存された発生ツールキットを構成する遺伝子は何ですか？
• 非常に異なる動物が、どのように同じ遺伝子を使って体を構築できるのでしょうか？
• ディープホモロジーとは何ですか？また、通常のホモロジーとどう異なりますか？
• 共有されたマスターレギュレーターは、ボディプランの共通祖先について何を明らかにしていますか？

Key concepts

• 保存されたツールキット遺伝子
• 門を超えたHox遺伝子
• マスター制御遺伝子
• ディープホモロジー
• 遺伝子共選択

Key theories

共有された発生ツールキット

限られた数の古代の調節遺伝子が動物界全体で保存されており、発生のパターン形成に再利用されています。そのため、形態の多様性は、共通の遺伝子ツールキットを再展開することによって主に構築されています。

Mechanisms

発生ツールキットは、転写因子やシグナル伝達成分といった、動物間で保存され、体軸、付属肢、器官の形成を指示する調節遺伝子から構成されます。これらの遺伝子は共有されているため、同じ調節因子が遠縁の系統における相同構造の発生を制御することができます。例えば、ハエや哺乳類といった異なる動物において眼の発生を開始させるマスター遺伝子のようにです。ディープホモロジーは、このような共有されたプログラムが、詳細な形態を独立して進化させた構造の根底にある場合に生じます。進化はしばしば、ツールキット遺伝子を新しい文脈に組み込むことによって進行し、既存の調節因子を新しい場所や時期に展開して、保存された構成要素から新しい構造を構築します。

Clinical relevance

ツールキット遺伝子は保存されているため、モデル生物での発見はヒトの発生遺伝子にも当てはまり、これらの共有された調節因子の機能不全は、種を超えて類似の奇形を引き起こす可能性があります。この項目は教育的なものであり、臨床的なガイダンスではありません。

History

ホメオボックスが動物間で共有されているという発見は、古代に保存されたパターン形成遺伝子のセットを明らかにしました。単一のマスター遺伝子が門を超えて眼の形成を誘発できるという実証は、ディープホモロジーと共通の遺伝子ツールキットという考えを普及させました。

Key figures

• Sean B. Carroll
• Walter Gehring

Seminal works

• carroll2005
• gilbert2016

Frequently asked questions

遺伝子ツールキットとは何ですか？

それは、体軸、四肢、器官の構築など、発生の主要な段階を制御する、動物間で共有される保存された調節遺伝子のセットです。

ディープホモロジーとはどういう意味ですか？

それは、遠縁の動物の構造が、たとえ構造自体が別々に詳細を進化させたとしても、同じ根底にある遺伝子プログラムを使用して構築されることを意味します。