Kit de herramientas genéticas evo-devo

El conjunto de genes evo-devo es el pequeño subconjunto de genes en el genoma de un organismo cuyos productos controlan su desarrollo embrionario . Estos genes son fundamentales para la síntesis de la genética molecular , la paleontología , la evolución y la biología del desarrollo en la ciencia de la biología evolutiva del desarrollo (evo-devo). Muchos de ellos son antiguos y están altamente conservados entre los filos animales .

Los genes del conjunto de herramientas están altamente conservados entre los filos , lo que significa que son antiguos y se remontan al último ancestro común de los animales bilaterales . Por ejemplo, ese ancestro tenía al menos 7 genes Pax para factores de transcripción . ^{[ 1 ]}

Las diferencias en la distribución de los genes del conjunto de herramientas afectan el plan corporal y el número, la identidad y el patrón de las partes del cuerpo. La mayoría de estos genes son componentes de vías de señalización y codifican la producción de factores de transcripción, proteínas de adhesión celular , proteínas receptoras de la superficie celular (y ligandos de señalización que se unen a ellas) y morfógenos secretados ; todos ellos participan en la definición del destino de las células indiferenciadas, generando patrones espaciales y temporales que, a su vez, forman el plan corporal del organismo. Entre los genes más importantes del conjunto de herramientas se encuentran los del clúster o complejo de genes Hox . Los genes Hox, factores de transcripción que contienen el motivo de ADN de unión a proteínas homeobox , más ampliamente distribuido , funcionan en la formación del eje corporal. Así, al especificar combinatoriamente la identidad de regiones corporales particulares, los genes Hox determinan dónde crecerán las extremidades y otros segmentos corporales en un embrión o larva en desarrollo . Un gen paradigmático del conjunto de herramientas es Pax6 /eyeless , que controla la formación de los ojos en todos los animales. Se ha descubierto que produce ojos en ratones y Drosophila , incluso cuando el gen Pax6/eyeless del ratón se expresa en Drosophila . ^{[ 2 ]}

Esto significa que gran parte de la evolución morfológica que experimentan los organismos es producto de la variación en el conjunto de herramientas genéticas, ya sea por cambios en el patrón de expresión de los genes o por la adquisición de nuevas funciones. Un buen ejemplo de lo primero es el agrandamiento del pico en el pinzón terrestre grande de Darwin ( Geospiza magnirostris ), en el que el gen BMP es responsable del pico más grande de esta ave, en relación con otros pinzones. ^{[ 3 ]}

La pérdida de patas en serpientes y otros escamosos es otro buen ejemplo de genes que cambian su patrón de expresión. En este caso, el gen Distal-less se expresa muy poco, o no se expresa en absoluto, en las regiones donde se formarían las extremidades en otros tetrápodos . ^{[ 4 ]} En 1994, el equipo de Sean B. Carroll hizo el descubrimiento revolucionario de que este mismo gen determina el patrón de manchas oculares en las alas de las mariposas , lo que demuestra que los genes del conjunto de herramientas pueden cambiar su función. ^{[ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]}

Los genes del conjunto de herramientas, además de estar altamente conservados, también tienden a evolucionar la misma función de forma convergente o paralela . Ejemplos clásicos de esto son el gen Distal-less , ya mencionado, responsable de la formación de apéndices tanto en tetrápodos como en insectos, o, a una escala más fina, la generación de patrones de alas en las mariposas Heliconius erato y Heliconius melpomene . Estas mariposas son mímicas müllerianas cuyo patrón de coloración surgió en diferentes eventos evolutivos, pero está controlado por los mismos genes. ^{[ 8 ]} Esto apoya la teoría de la variación facilitada de Marc Kirschner y John C. Gerhart , que afirma que la novedad evolutiva morfológica se genera mediante cambios regulatorios en varios miembros de un amplio conjunto de mecanismos conservados de desarrollo y fisiología. ^{[ 9 ]}

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