ยีนที่มีผลต่อแม่และการแบ่งส่วน

การที่ตัวอ่อนแมลงหวี่ถูกแบ่งออกเป็นส่วนๆ อย่างต่อเนื่องโดยลำดับชั้นของยีนที่มีผลต่อแม่, ยีนแกป, ยีนแพร์-รูล และยีนกำหนดขั้วของส่วน

Definition

ยีนที่มีผลต่อแม่ (Maternal-effect genes) คือยีนที่ผลิตภัณฑ์ถูกสร้างโดยแม่และสะสมอยู่ในไข่เพื่อกำหนดขั้วเริ่มต้น; ยีนแบ่งส่วน (segmentation genes) คือยีนของไซโกต — ยีนแกป, ยีนแพร์-รูล และยีนกำหนดขั้วของส่วน — ที่ทำงานตามลำดับเพื่อแบ่งตัวอ่อนออกเป็นส่วนๆ ที่ซ้ำกัน

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมลำดับชั้นของการสร้างรูปแบบใน Drosophila แบบคลาสสิก: ยีนที่มีผลต่อแม่ที่สร้างการไล่ระดับเริ่มต้นของไข่, ยีนแกปที่กำหนดบริเวณกว้างๆ, ยีนแพร์-รูลที่กำหนดรูปแบบเป็นคาบ และยีนกำหนดขั้วของส่วนที่กำหนดขอบเขตและทิศทางภายในแต่ละส่วน โดยถือว่าลำดับชั้นนี้เป็นต้นแบบของการที่ลำดับชั้นของยีนสร้างแผนผังร่างกายที่เป็นคาบ

Core questions

• การมีส่วนร่วมของแม่ต่อไข่สร้างรูปแบบเริ่มต้นของตัวอ่อนได้อย่างไร?
• ยีนแกป, ยีนแพร์-รูล และยีนกำหนดขั้วของส่วนปรับแต่งรูปแบบให้ละเอียดขึ้นเรื่อยๆ ได้อย่างไร?
• รูปแบบการแบ่งส่วนที่เป็นคาบและซ้ำกันถูกสร้างขึ้นจากการไล่ระดับที่เรียบเนียนได้อย่างไร?
• การคัดกรองทางพันธุกรรมเปิดเผยอะไรเกี่ยวกับตรรกะของลำดับชั้นนี้?

Key concepts

• ยีนที่มีผลต่อแม่และขั้วของไข่
• ยีนแกป
• ยีนแพร์-รูล
• ยีนกำหนดขั้วของส่วน
• การแบ่งส่วนของตัวอ่อนอย่างต่อเนื่อง

Key theories

ลำดับชั้นการแบ่งส่วนแบบลำดับชั้น

การไล่ระดับของแม่จะกระตุ้นยีนแกปในบริเวณกว้างๆ ซึ่งจะกำหนดตำแหน่งของยีนแพร์-รูลในแถบสลับกัน ซึ่งจะกำหนดตำแหน่งของยีนกำหนดขั้วของส่วนอีกทีหนึ่ง โดยเปลี่ยนข้อมูลตำแหน่งที่ต่อเนื่องให้เป็นรูปแบบการแบ่งส่วนที่เป็นคาบที่แม่นยำ

Mechanisms

ยีนที่มีผลต่อแม่จะสะสม messenger RNA และโปรตีนที่ขั้วของไข่ ทำให้เกิดการไล่ระดับที่กำหนดแกนหน้า-หลัง ก่อนที่ยีนของตัวอ่อนเองจะทำงาน การไล่ระดับเหล่านี้จะกระตุ้นยีนแกปในบริเวณกว้างๆ ที่ทับซ้อนกัน; การรวมกันของผลิตภัณฑ์ยีนแกปจะกระตุ้นยีนแพร์-รูลในรูปแบบที่โดดเด่นของแถบสลับกัน แบ่งตัวอ่อนออกเป็นชุดที่ซ้ำกัน ผลิตภัณฑ์ยีนแพร์-รูลจะกำหนดตำแหน่งของยีนกำหนดขั้วของส่วน ซึ่งจะสร้างขอบเขตและทิศทางหน้า-หลังภายในแต่ละส่วน จากนั้นยีนโฮมีโอติกจะกำหนดเอกลักษณ์ให้กับส่วนต่างๆ ลำดับชั้นนี้จะเปลี่ยนการไล่ระดับของแม่ที่เรียบเนียนให้เป็นรูปแบบที่เป็นคาบที่แม่นยำ ซึ่งเป็นตรรกะที่ถูกค้นพบโดยการคัดกรองการกลายพันธุ์อย่างเป็นระบบ

Clinical relevance

แม้ว่าจะมีการกำหนดในแมลงหวี่ แต่ยีนเหล่านี้หลายตัวมีญาติที่ได้รับการอนุรักษ์ซึ่งเกี่ยวข้องกับการพัฒนาและโรคในมนุษย์ และลำดับชั้นนี้ยังคงเป็นภาพประกอบในตำราเรียนว่ายีนสร้างร่างกายที่มีรูปแบบได้อย่างไร ข้อมูลนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อการศึกษาและไม่ใช่คำแนะนำทางการแพทย์

History

Nüsslein-Volhard และ Wieschaus ได้ทำการคัดกรองอย่างเป็นระบบเพื่อหาสารกลายพันธุ์ที่รบกวนรูปแบบร่างกายของตัวอ่อน โดยระบุและจัดลำดับยีนของลำดับชั้นการแบ่งส่วน งานนี้ร่วมกับการศึกษาของ Lewis เกี่ยวกับยีนโฮมีโอติก ทำให้ได้รับรางวัลโนเบลและกำหนดสาขาพันธุศาสตร์พัฒนาการ

Key figures

• Christiane Nüsslein-Volhard
• Eric Wieschaus

Seminal works

• nussleinvolhard1980
• gilbert2016

Frequently asked questions

ยีนที่มีผลต่อแม่คืออะไร?

เป็นยีนที่ผลิตภัณฑ์ถูกสร้างโดยแม่และสะสมอยู่ในไข่; สิ่งเหล่านี้จะกำหนดขั้วเริ่มต้นของตัวอ่อนก่อนที่ยีนของตัวอ่อนเองจะทำงาน

ตัวอ่อนถูกแบ่งออกเป็นส่วนๆ ได้อย่างไร?

ลำดับชั้นของยีนทำงานตามลำดับ — ยีนแกปกำหนดบริเวณกว้างๆ, ยีนแพร์-รูลสร้างแถบ และยีนกำหนดขั้วของส่วนกำหนดขอบเขตของส่วน — โดยปรับแต่งรูปแบบให้ละเอียดขึ้นเรื่อยๆ