ScienceDaily (11 de julho de 2011) - instruções genéticas para o desenvolvimento
de membros e dígitos estavam presentes em peixes primitivos milhões de anos antes
de seus descendentes arrastarem-se para a terra, os pesquisadores descobriram.
Um interruptor genético retirado do skate ativa um gene marcador no membro
distal do embrião de rato. (Crédito: Igor Schneider, da Universidade de Chicago)
Interruptores genéticos para controlar o tempo e local da atividade do gene.Quando
um detector especial tomadas a partir do DNA de peixes é
colocado em embriões de camundongos, o segmento pode ativar genes da região
de membros em desenvolvimento de embriões, pesquisadores da Universidade
de Chicago relatório em Proceedings of the National Academy of Sciences.O swap
de sucesso sugere que a receita para o desenvolvimento dos membros é conservada
em espécies separadas por 400 milhões de anos de evolução.
"Os interruptores genéticos que levam a expressão de genes nos dígitos dos
camundongos não só estão presentes nos peixes, mas a seqüência de peixe pode
realmente ativar a expressão em camundongos", disse Igor Schneider, PhD, pesquisador
pós-doutorado no Departamento de biologia do organismo e anatomia da Universidade
de Chicago e principal autora do artigo. "Isso nos diz como os antecedentes do membro voltar no tempo em todos os níveis, a partir de fósseis de genes."
A caçada genética foi inspirado em um famoso fóssil encontrar - a descoberta do
Tiktaalik 2.004 fósseis de transição no Ártico canadense por uma equipe liderada
por Neil Shubin, da Universidade de Chicago. Uma espécie de transição entre os
peixes e os tetrápodes de quatro patas, Tiktaalik possuía barbatanas contendo
uma estrutura esquelética semelhante ao dos membros da tarde terrestres-animais.
Essas semelhanças - particularmente o punho e da mão-like compartimentos presentes
no Tiktaalik e barbatanas de seus pares - inspirou um experimento de laboratório de olhar
para a homologia, ou compartilhado características físicas e genéticas, de peixes e animais limbed.
"Este é realmente um caso em que saber algo sobre os fósseis ea morfologia nos levou
a pensar sobre experiências genéticas", disse Shubin, PhD, do Robert R. Bensley professor
de biologia e anatomia e autor sênior do estudo."Tiktaalik e seus primos nos mostrou que este
compartimento membro não é uma novidade absoluta em tetrápodes, como foi pensado por um longo tempo. Então, um antecedente de que o programa deve existir."
A equipe de pesquisa comparou um interruptor região genética chamada CSB,
conhecido por regular o desenvolvimento de membros em humanos, com regiões semelhantes
em camundongos, galinhas, sapos, e duas espécies de peixes: o peixe-zebra eo skate.
Porque o último ancestral comum de todas estas espécies pré-datas Tiktaalik-like "fishapods,"
a comparação ofereceu um vislumbre de biologia antes de os animais fez os seus primeiros passos em terra.
Schneider e colegas compararam as regiões CSB de todas as cinco espécies e descobriu
que certas sequências foram partilhados entre as espécies de peixes e os tetrápodes.
A conservação permitiu aos pesquisadores tentar trocar seqüências de alternar entre as
espécies para ver se eles ainda poderiam dirigir a expressão do gene no fin ou membro.
Notavelmente, mouse CSB poderia transformar na expressão do gene na borda exterior
da região fin desenvolvimento de zebrafish, e ambos skate e zebrafish CSB eram capazes
de ativar a expressão genética no pulso e dígitos proximal do membro mouse.
"Estas sequências de função destes organismos, apesar 400.000 mil anos de separação",
disse Schneider. "O homologias que talvez não sejam evidentes pela morfologia - apenas
comparando uma mão e uma fin - pode ser rastreada até ao genoma, onde você achar que
as regiões regulatórias que controlam a realização dessas estruturas são, na realidade
presente e compartilhada entre estes organismos. "
Os resultados contradizem uma descoberta anterior de que um interruptor de desenvolvimento
a partir do DNA pufferfish não foi capaz de expressão do gene em membros de camundongos,
sugerindo que os tetrápodes evoluíram um sistema inovador de desenvolvimento. Mas os
novos experimentos sugerem que a genética interruptor desenvolvimento membro controlador
era de fato presente no fundo árvore evolutiva da Terra.
"Há já foi a idéia de que essas opções tiveram que ser gerado a partir do zero de novo, mas não,
eles já existiam, eles já estavam lá", disse Marcelo Nóbrega, MD, PhD, professor assistente de
genética humana da Universidade de Chicago Medical centro e outro autor do estudo. "Talvez
a chave estava expressando um gene cedo ou mais tarde ou em um território específico, mas
foi apenas uma modificação de um programa que já estava codificada no genoma de peixes
quase meio bilhão de anos atrás e permanece lá até hoje."
"Estes novos resultados são, na verdade, de acordo com ambos os dados fósseis e os dados
de expressão", disse Schneider. "Portanto, agora podemos contar uma história onde os fósseis
e expressão do gene faz sentido à luz da regulação genética".
Futuros experimentos incidirá mais de perto de como o gene funciona sistema de regulação,
examinando as diferenças entre os segmentos em peixes e os tetrápodes que controlam o
desenvolvimento de qualquer fin ou um membro. Mudanças sutis no tempo ou local da expressão
do gene podem produzir grandes diferenças na anatomia que primeiro permitiu a vida animal na
Terra para explorar a terra.
"Há todo um universo de perguntas que são abertas por esta descoberta", disse Shubin.
O papel, "expressão Appendage impulsionada pela região de controle Hoxd global é uma
característica gnathostome antiga", será publicado online na semana de 11 de julho pela
Proceedings of the National Academy of Sciences. Além de Shubin, Schneider, e Nóbrega,
os autores incluem Ivy Aneas e Andrew R. Gehrke, da Universidade de Chicago, e Randall
D. Dahn de Mount Desert Lab Biológica Island.
Financiamento para a pesquisa foi fornecido pela Associação Americana do Coração e da
Universidade de Chicago Divisão de Ciências Biológicas.
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