في جينات هوكس هي عائلة جينية كبيرة التي هي المسؤولة عن تنظيم وتطوير هياكل الجسم. تم العثور عليها في جميع metazoans وفي الأنساب الأخرى ، مثل النباتات والحيوانات. لذلك ، فهي تتميز بكونها محفوظة تطوريًا للغاية.
تعمل هذه الجينات بالطريقة التالية: ترمز لعامل النسخ - بروتين قادر على التفاعل مع الحمض النووي - يتم التعبير عنه في منطقة معينة من الفرد من المراحل الأولى من التطور. يسمى تسلسل ربط الحمض النووي هذا بـ homeobox.
المصدر: أنطونيو كيسادا دياز ، عبر ويكيميديا كومنز
مع ما يقرب من 30 عامًا من البحث في هذا المجال ، درس العلماء سلالات مختلفة واستنتجوا أن أنماط التعبير عن هذه الجينات مرتبطة ارتباطًا وثيقًا بإضفاء الطابع الإقليمي على محاور الجسم.
تشير هذه الأدلة إلى أن جينات Hox لعبت دورًا لا غنى عنه في تطور الخطط الجسدية للكائنات الحية ، لا سيما في Bilateria. وهكذا ، جعلت جينات Hox من الممكن تفسير التنوع الرائع لأشكال الحيوانات ، من منظور جزيئي.
يوجد في البشر 39 جينة Hox. يتم تجميع هذه المجموعات في أربع مجموعات أو مجموعات ، تقع على كروموسومات مختلفة: 7p15 و 17q21.2 و 12q13 و 2q31.
اكتشاف
كان اكتشاف جينات Hox علامة فارقة في علم الأحياء التطوري والنمائي. تم اكتشاف هذه الجينات بين السبعينيات والثمانينيات بفضل ملاحظة طفرتين رئيسيتين في ذبابة الفاكهة ، Drosophila melanogaster.
إحدى الطفرات ، antennapedia ، تحول الهوائيات إلى أرجل ، بينما تسبب طفرة bithorax تحول الرسن (الهياكل المعدلة ، النموذجية للحشرات المجنحة) إلى زوج آخر من الأجنحة.
كما يمكن رؤيته ، عندما تحدث طفرات في جينات Hox ، تكون نتيجة ذلك مثيرة للغاية. وكما هو الحال في ذبابة الفاكهة ، فإن التغيير يؤدي إلى تكوين الهياكل في الأماكن الخطأ.
قبل اكتشاف جينات Hox ، اعتقد معظم علماء الأحياء أن التنوع المورفولوجي مدعوم بالتنوع على مستوى الحمض النووي. كان من المنطقي افتراض أن الاختلافات الواضحة بين الحوت والطائر الطنان ، على سبيل المثال ، يجب أن تنعكس في المصطلحات الجينية.
مع ظهور جينات Hox ، أخذ هذا التفكير منعطفًا كاملاً ، مما أفسح المجال لنموذج جديد في علم الأحياء: مسار مشترك للتطور الجيني يوحد نشأة Metazoans.
ما هي جينات Hox؟
قبل تحديد مفهوم جينات Hox ، من الضروري معرفة ماهية الجين وكيف يعمل. الجينات عبارة عن تسلسلات DNA يتم التعبير عن رسالتها في النمط الظاهري.
تتم كتابة رسالة الحمض النووي في النيوكليوتيدات ، وفي بعض الحالات تنتقل هذه إلى الحمض النووي الريبي المرسال ويتم ترجمة ذلك بواسطة الريبوسومات إلى سلسلة من الأحماض الأمينية - "اللبنات الأساسية" الهيكلية للبروتينات.
جينات Hox هي أشهر فئة من الجينات المثلية ، وتتمثل وظيفتها في التحكم في أنماط معينة من هياكل الجسم. هذه هي المسؤولة عن التحكم في هوية الأجزاء على طول المحور الأمامي الخلفي للحيوانات.
ينتمون إلى عائلة واحدة من الجينات التي ترمز لبروتين يحتوي على تسلسل حمض أميني محدد قادر على التفاعل مع جزيء الحمض النووي.
هذا هو المكان الذي يأتي منه مصطلح homeobox لوصف هذا القسم في الجين ، بينما يطلق عليه في البروتين homeodomain. يحتوي تسلسل homobox على سلسلة من 180 زوجًا أساسيًا وهذه المجالات محفوظة بشكل كبير من الناحية التطورية بين Phyla المختلفة.
بفضل هذا التفاعل مع الحمض النووي ، فإن جينات Hox قادرة على تنظيم نسخ الجينات الأخرى.
المصطلح
تسمى الجينات المشاركة في هذه الوظائف المورفولوجية الموضعية المثلية. في مملكة الحيوان ، تُعرف أهمها باسم HOM loci (في اللافقاريات) و Hox loci (في الفقاريات). ومع ذلك ، فهي تُعرف عمومًا باسم Hox loci.
مميزات
تمتلك جينات Hox سلسلة من الخصائص الغريبة والمثيرة للاهتمام. تساعد هذه الجوانب الرئيسية على فهم وظيفتها ودورها المحتمل في علم الأحياء التطوري.
يتم تنظيم هذه الجينات في "مجمعات جينية" ، مما يعني أنها قريبة من بعضها على الكروموسومات - من حيث موقعها المكاني.
الميزة الثانية هي الارتباط المدهش الموجود بين ترتيب الجينات في تسلسل الحمض النووي والموقع الأمامي الخلفي لمنتجات هذه الجينات في الجنين. حرفيا الجينات التي تتحرك "إلى الأمام" هي في هذا الموقف.
وبالمثل ، بالإضافة إلى العلاقة الخطية المكانية ، يوجد ارتباط زمني. الجينات الموجودة في الطرف 3 تحدث في وقت سابق في تطور الفرد ، مقارنة بتلك الموجودة في الماضي.
تنتمي جينات Hox إلى فئة تسمى ANTP ، والتي تتضمن أيضًا جينات ParaHox (المرتبطة بهذه الجينات) وجينات NK وغيرها.
تطور الجينات
لم تكن هناك جينات من فئة ANTP من Metazoans. في التطور التطوري لهذه المجموعة الحيوانية ، كانت حيوانات البورفير هي المجموعة الأولى التي انفصلت ، تليها الكائنات المجوفة. يمثل هذان السلالان المجموعتين القاعدية للثنائيات.
أظهر التحليل الجيني للإسفنجة الشهيرة Amphimedon queenslandica - التي اشتهرت بها بسبب جينات الجهاز العصبي - أن هذا البوريفورم يحتوي على عدة جينات من نوع NK ، ولكن لا يوجد جينات Hox أو ParaHox.
لم يتم الإبلاغ عن جينات Hox على هذا النحو في الكائنات المجوفة التي تلبي الخصائص المذكورة أعلاه. ومع ذلك ، هناك جينات شبيهة بـ Hox.
من ناحية أخرى ، تمتلك اللافقاريات مجموعة واحدة من جينات Hox ، بينما تمتلك الفقاريات نسخًا متعددة. كانت هذه الحقيقة حاسمة وألهمت تطوير نظريات حول تطور المجموعة.
أصل الفقاريات
تجادل وجهة النظر الكلاسيكية لهذا الجانب بأن المجموعات الجينية الأربعة في الجينوم البشري نشأت بفضل جولتين من تكرار الجينوم بأكمله. ومع ذلك ، فإن تطوير تقنيات التسلسل الجديدة قد ألقى بظلال من الشك على النظرية.
تفضل الأدلة الجديدة الفرضية المتعلقة بالأحداث على نطاق صغير (تكرار المقطع ، والازدواج الفردي للجينات والانتقالات) التي حققت العدد الكبير من جينات Hox التي نلاحظها اليوم في هذه المجموعة.
المراجع
- Acampora، D.، D'esposito، M.، Faiella، A.، Pannese، M.، Migliaccio، E.، Morelli، F.،… & Boncinelli، E. (1989). عائلة جين HOX البشري. أبحاث الأحماض النووية، 17 (24) ، 10385-10402.
- فيرنر ، دي (2011). جينات Hox و ParaHox في التطور والتطور وعلم الجينوم. علم الجينوم والبروتيوميات والمعلوماتية الحيوية ، 9 (3) ، 63-4.
- Hrycaj، SM، & Wellik، DM (2016). جينات Hox والتطور. F1000Research، 5، F1000 Faculty Rev-859.
- Lappin ، TR ، Grier ، DG ، Thompson ، A. ، & Halliday ، HL (2006). جينات HOX: علم مغر وآليات غامضة. مجلة أولستر الطبية ، 75 (1) ، 23-31.
- بيرسون ، جي سي ، ليمونز ، دي ، وماكينيس ، دبليو (2005). تعديل وظائف جين Hox أثناء تصميم جسم الحيوان. مراجعات الطبيعة علم الوراثة، 6 (12) ، 893.