Hox genen en planten - Tsjok`s blog

HOX GENES LINKS
http://nl.wikipedia.org/wiki/Homeobox
De fruitvlieg en het geheim van ons bouwplan
DROSOPHILA http://tsjok45.wordpress.com/2012/09/16/drosophila/ Heb je jezelf ooit wel eens afgevraagd hoe het mogelijk is dat uit een bevruchte eicel een compleet organisme kan ontstaan, met alle organen en weefsels op de
juiste plaats? Die vraag is beantwoord dankzij onderzoek aan de fruitvlieg. Bij dit kleine insect is goed te zien hoe zogenaamde Hox-genen een bevruchte eicel
laten uitgroeien tot een perfect gebouwde vliegmachine, met de vleugels, ogen, antennes, poten en andere essentiële onderdelen precies op de juiste plaats.
Vrijwel alle organismen hebben zo'n set genen die ervoor zorgt dat de ontwikkeling exact volgens het beoogde bouwplan verloopt.
Klein maar fijn
De fruitvlieg (Drosophila melanogaster) is drie tot vier millimeter groot en wordt al sinds het begin van de vorige eeuw op grote schaal gebruikt als modelorganisme. De
Amerikaanse onderzoeker Thomas Hunt Morgan was geïnteresseerd in de principes van erfelijkheid en gebruikte fruitvliegen om daar onderzoek naar te doen. In eerste
instantie koos hij fruitvliegen omdat ze eenvoudig en goedkoop te houden zijn in het laboratorium, zich snel voortplanten en veel eieren leggen.
Fruitvliegjes. Links een mannetje, rechts een vrouwtje. Figuur: E.M. Wallace, Carnegie Institution of Science. Gebruikt met toestemming.
Later werd ontdekt dat fruitvliegen een aantal eigenschappen hebben waardoor ze zich goed voor onderzoek naar de genen en erfelijkheid lenen. Zo hebben ze maar vier
paar chromosomen (de erfelijke informatiedragers in de celkern). De mens heeft bijvoorbeeld 23 paar chromosomen. Verder zitten in de cellen van de speekselklieren van
de fruitvlieglarven een soort superchromosomen, die ontstaan wanneer het DNA zich een aantal opeenvolgende keren verdubbelt, zonder dat de cel zich deelt. Die
superchromosomen kun je goed zien door een microscoop. Dankzij deze twee eigenschappen is het vrij gemakkelijk om het erfelijk materiaal van de fruitvlieg te bestuderen.
Verder hebben fruitvliegen bepaalde uiterlijke kenmerken, zoals kleine haartjes, ogen die uit kleinere onderdelen bestaan, en aderen in hun vleugels. Die kenmerken kan de
onderzoeker veranderen door aan het DNA te sleutelen. Vervolgens kan hij eenvoudig de veranderde vlieg bekijken door een microscoop.
Een superchromosoom van een fruitvlieglarve. Figuur: University of California. Gebruikt met toestemming.
Bizar
Thomas Hunt Morgan begon meer dan een eeuw geleden onderzoek te doen aan fruitvliegen. Hij kweekte de piepkleine insecten in een speciale kamer in zijn laboratorium.
Ze gedijden uitstekend in deze vliegenkamer. Al snel klaagde Morgan dat hij tot over zijn oren in de vliegen zat en hij besloot hulp in te schakelen van studenten. Morgan
vroeg zijn studenten mee te helpen met zijn onderzoek. Eén van die studenten was Calvin Bridges. Samen met hem ontdekte Morgan hoe het gen dat de oogkleur bepaalt
in de volgende generaties tot uitdrukking komt. Later begon Morgan samen met Bridges chemicaliën en röntgenstraling te gebruiken om met opzet mutaties (veranderingen
in het erfelijk materiaal) te veroorzaken bij de fruitvliegen. Samen met Bridges voerde Morgan experimenten met gemuteerde fruitvliegen. Soms ontstonden er door de
mutaties fruitvliegen met een bizar uiterlijk, exemplaren met lichaamsdelen te veel of op de verkeerde plaats op het lichaam. Zo waren er fruitvliegen met een extra paar
poten op hun kop waar normaal de antennes zitten, en fruitvliegen met een extra paar vleugels op hun rug waar normaal slechts kleine uitsteeksels zitten. De Amerikaanse
onderzoeker Edward Lewis was erg geïnteresseerd in deze misvormde fruitvliegen. Hij vermoedde dat er iets vreemds was gebeurd met de genen van deze fruitvliegen. Na
de Tweede Wereldoorlog deed hij uitvoerig onderzoek naar deze fruitvliegen. In 1978 publiceerde hij een artikel waarin hij aantoonde waardoor het bizarre uiterlijk werd
veroorzaakt. Hij liet zien dat er veranderingen waren opgetreden in een tot dan toe nog onbekende set genen. Dat onderzoekers de functie van een gen pas ontdekken
wanneer ze een gemuteerde variant van dat gen bestuderen komt vaak voor.
Twee fruitvliegjes met mutaties in hun Hox-genen. Links een fruitvlieg met twee poten op zijn hoofd in plaats van antennes. Rechts een fruitvlieg met twee extra vleugels op
zijn rug. Figuur links: Matthew Scott. Gebruikt met toestemming.
Het bouwplan zit in de genen
Dankzij de fruitvlieg zijn we er achter gekomen hoe het komt dat de ontwikkeling altijd volgens een bepaald bouwplan verloopt. De set genen die Lewis in 1978 voor het
eerst beschreef, worden Hox-genen genoemd. Tijdens de ontwikkeling van de fruitvlieg in het ei vormt het lichaam zich onder andere door een reeks segmenten die achter
elkaar liggen. In het begin zijn al die segmenten hetzelfde, maar al gauw gaat elk segment er anders uitzien. Daar zorgen de Hox-genen voor, die vroeg in de ontwikkeling
aangezet worden.
In de fruitvlieg bestaan twee groepen Hox-genen. De ene groep zorgt ervoor dat de segmenten van de buik en borst zich verschillend ontwikkelen, terwijl de andere groep
ervoor zorgt dat er een verschil ontstaat tussen het hoofd en de borst. De Hox-genen coderen voor eiwitten die andere genen aan of uit zetten. Die eiwitten werken op hun
beurt weer samen met andere eiwitten die genen aan of uit zetten. Zo ontstaat een ingewikkeld mechanisme waardoor uiteindelijk elk segment er anders uit gaat zien.
Maar hoe weten die Hox-genen nou waar precies op de vlieg een vleugel moet komen en geen antenne? Nog voordat de Hox-genen er aan te pas komen, zijn al in alle
segmenten bepaalde andere genen geactiveerd die elk segment zijn eigen karakter geven. De eiwitten waar die genen voor coderen laten zo aan de Hox-genen blijken waar
ze zich in het lichaam bevinden. Het gevolg hiervan is dat bijvoorbeeld in de nek andere Hox-genen geactiveerd zijn dan in de buik. Als de Hox-genen eenmaal op een
bepaalde plaats in het lichaam geactiveerd zijn, onthouden ze waar ze zich bevinden.
De volgorde en eigenschappen van de Hox-genen bij de fruitvlieg en de mens komen grotendeels overeen. Hieraan kan je zien dat de fruitvlieg en de mens, hoe
verschillend ook van elkaar, aan elkaar verwant zijn. Bij de mens regelen de Hox-genen onder andere de aanleg van de armen en benen, bepaalde delen van de
hersenstam, delen van de nek en het gezicht, en de wervelkolom. Dat zie je bij jezelf nog terug in bijvoorbeeld de ruggenwervels. Alle wervels lijken qua opbouw sterk op
elkaar, maar ze zijn allemaal net een beetje anders. Daar zijn je Hox-genen verantwoordelijk voor geweest.
Verder lezen
Erfelijkheid en fruitvliegen
Vliegen met overgewicht
Fruitvlieg met afstandsbediening
Fruitvliegmodel voor diabetes
Fruitvlieg valt op zijdevlinder
FlyMove
Hox-genen nog geen verklaring voor missing links
Tom Arends
Masterstudent Biomedical Sciences
Universiteit Leiden
Inleidend ;
http://www.embl-heidelberg.de/ExternalInfo/public_relations/TurningPoint.html
http://www.nobel.se/medicine/laureates/1995/illpres/othersources.html
http://www.biosci.ki.se/groups/tbu/homeo.html
http://www.talkorigins.org/faqs/wells
http://www.pbs.org/wgbh/evolution/library/03/4/l_034_04.html
Nederlands
Zie artikelen op website van C& B
http://www.genomics.nu/
2002
Onderzoekster Deschamps over genen en evolutie:
Hoe hagedissen slangen werden
Aan-uit knop
Vinnen en vingers
http://ublad.warande.uu.nl/ubladen/33/25/07deschamps.html
Een fruitvlieg met poten op zijn kop of met twee paar vleugels. Het verschil tussen vinnen of vingers. Jacqueline Deschamps doet onderzoek naar de genen die
hiervoor verantwoordelijk zijn. Via muis-onderzoek hoopt zij zo bepaalde ontwikkelingstoornissen bij mensen beter te begrijpen.
Grootschalige veranderingen van het bouwplan van organismen zijn te danken aan een familie van genen, de hox-genen.
Dr. Jacqueline Deschamps van het Hubrecht-laboratorium ofwel het Nederlands Instituut voor Ontwikkelingsbiologie, onderzoekt de hox-genen bij de muis.
Kleine veranderingen in deze belangrijke genen hebben verstrekkende gevolgen voor het uiterlijk van dieren. "Met een mutatie is het mogelijk een grote stap te zetten",
zegt Deschamps. "Darwin had dat helemaal niet verwacht."
De grondlegger van de evolutietheorie dacht dat nieuwe soorten alleen ontstaan door opeenvolgende kleine veranderingen in het uiterlijk van organismen.
Onderbouwing voor deze theorie is moeilijk te krijgen. Probleem is namelijk dat in fossiele overblijfselen niet alle tussenstappen zijn terug te vinden. Deschamps: "Darwin
dacht dat alle tussenstappen verloren waren gegaan, maar dankzij recent onderzoek aan de Hox-genen blijkt dat die tussenvormen helemaal niet nodig waren:
door een mutatie kunnen nieuwe soorten ontstaan."
Aan-uit knop
Hox-genen maken eiwitten die het vermogen hebben hele genetische programma's aan en uit te schakelen tijdens de embryonale ontwikkeling van een organisme. De
fruitvlieg met poten op zijn kop ontstaat bijvoorbeeld doordat de Hox-genen die aanzetten tot het maken van poten actief zijn in het verkeerde segment van de vlieg,
namelijk in de kop in plaats van in de borstkas.
Hox-genen zijn zo invloedrijk omdat zij bovenaan staan in de hierarchie van een hele serie genen. Het aanzetten van een Hox-gen bovenin de hierarchie heeft gevolgen
voor heel veel genen onderaan: een soort domino-effect.
Er zijn vier families van Hox-genen. Elke familie bestaat uit zo'n tien genen.
Daardoor ontstaan in een embryo verschillende patronen van Hox-genen. Elk deel van de lengte-as van een embryo, van de kop, via nek en borst naar de staart, wordt
gekarakteriseerd door Hox-genen die aan of uit staan. Elk deel heeft daardoor een eigen 'streepjescode', een eigen identiteit. Via deze streepjescodes bepalen de Hoxgenen in een embryo waar structuren langs de lengte-as, zoals de kop en de staart, gevormd worden. Ook het verschil tussen nekwervels (zonder rib) en borstwervels (met
rib) is te danken aan Hox-genen. Het ontstaan van voorpoten bij de overgang van nek naar borstkas ligt ook besloten in de streepjescode.
De onderzoekster haalt het voorbeeld van de python aan. Deze slang heeft wel driehonderd wervels, maar geen voorpoten. Bij dieren die wel voorpoten hebben, zijn die te
vinden bij de overgang tussen nek- en borstwervels. Op zijn staart na heeft de python voornamelijk wervels met ribben, hij heeft slechts een bijzondere nekwervel.
Deschamps: "De evolutie van de slang vanuit een hagedis is eenvoudig te zien vanuit een mutatie in de Hox-genen. Door een mutatie in de besturing van de
Hox-genen staan over de hele lengte van deze slang de Hox-genen voor borst-wervels aangeschakeld. Daardoor heeft de python geen nekwervels en dus geen
voorpoten. Op dezelfde manier kan het dier zijn achterpoten zijn kwijtgeraakt."
Een ander voorbeeld is de evolutie van insecten: van vlinders met voor- en achtervleugels naar vliegen met alleen achtervleugels. Door de werking van de Hox-genen aan
de achterkant van een ontwikkelende vlinder te veranderen, ontstaat een dier met alleen voorvleugels. Kortom: zet een schakelaar om en een nieuw organisme is geboren.
Optuttende muizen
Tot enkele jaren geleden werd aangenomen dat de Hox-genen stonden voor fysieke verschillen. Maar een paar jaar geleden werd ook een link gelegd naar
gedragsveranderingen door wijzigingen in de Hox-genen. Een Utrechtse muis van Deschamps en promovendus Erik van den Akker toonde dit voor het eerst aan. De
mutante muis had last van 'excessive grooming': het dier zat zich voortdurend te poetsen. De oorzaak moest in de Hox-genen liggen. Op zich een niet al te
verbazingwekkende oorzaak omdat deze genen ook betrokken zijn bij de aanleg van het ruggenmerg en een deel van het zenuwstelsel, dus invloed hebben op het gedrag.
Deschamps publiceerde haar vinding, want de Amerikaanse concurrentie lag op de loer. De resultaten leidden toen niet tot veel commotie. Dat was wel anders bij
Amerikaanse onderzoekers die na Deschamps vergelijkbare maar nader uitgezochte resultaten presenteerden. Ook zij hadden een mutante muis met overmatig
poetsgedrag. Deschamps: "De Amerikanen zijn met deze muis zelfs op CNN geweest. Zij presenteerden het als een model voor het dwangmatig optutten van
vrouwen."
Een fraai staaltje wetenschapspopularisering, maar toch vooral een beetje overdreven, vindt Deschamps. Toch is ze zich bewust van het belang van het zo goed mogelijk
belichten van allerlei data, in publicaties en in subsidie-aanvragen.
"Als je wetenschappelijk onderzoek in een zeer gerenommeerd blad wilt publiceren, dan vragen ze je om in het artikel net iets verder te gaan dan je eigenlijk zelf
zou willen", zegt ze, doelend op de maatschappelijke relevantie van onderzoek.
"Ondanks het feit dat kennis-vergroting door fundamenteel onderzoek cruciaal is, voorafgaand aan medische of andere toepassingen, is het tegenwoordig vaak
zo dat maatschappelijke relevantie extreem benadrukt moet worden voordat een project gehonoreerd wordt."
(Rinze Benedictus)
Hox-genen nog geen verklaring voor "missing links"
http://www.kennislink.nl/publicaties/hox-genen-nog-geen-verklaring-voor-missing-links
Karin Postelmans zaterdag, 30 maart 2002
Kernwoorden
:
biologie darwin differentiatie dna drosophila fenotype fruitvliegje genen genotype homeotische genen hox
genen mutatie selectiedruk selectie
Hox-genen spelen de hoofdrol in de ontwikkeling van het bouwplan van alle meercellige organismen. DNA-technologie moet helpen uitsluiten of Darwins missing
links nu in een nieuw daglicht komen te staan.
Amerikaanse onderzoekers vervingen een deel van een hox-gen (het ubx-gen) in Drosophila melanogaster en bouwden zo fruitvliegen met ontelbare pootjes ( Nature 21
feb.).
Het mutante deel was afkomstig van Artemia franciscana, het pekelkreeftje. De ontdekking dat een dergelijk kleine verandering gen zo’n impact op het bouwplan te weeg
kan brengen, maakte bij menig wetenschapper de tong los.
Ontwikkelingsbiologe dr. Jacqueline Deschamps, onderzoekster van hox-genen in muizen, vroeg zich op een evolutiesymposium in Utrecht meteen hardop af of
Darwins missing links wel noodzakelijkerwijs bestonden. En zij was niet de enige.
Ook dr. Frederick Schram, systematisch en geografisch dierkundige aan de Universiteit van Amsterdam, zei in de Volkskrant naar aanleiding van het Amerikaanse
onderzoek
‘te moeten concluderen dat sommige van de ontbrekende schakels nooit hebben bestaan.’
Al tijdens de ontwikkeling van een insecteneicel vindt er differentiatie plaats die de lichaamsassen van het embryo (voor-achter, boven-onder) vastlegt.
Zogenaamde segmentatiegenen brengen vervolgens eiwitten tot expressie die de basis leggen voor het aantal segmenten dat het insect zal ontwikkelen. Homeotische
(of: hox-) genenbepalen tot slot welke functie elk deel zal krijgen.
Binding van de produkten van hox-genen aan het DNA beïnvloedt de transcriptie van specifieke genen.
In het thoraxsegment van Drosophila bijvoorbeeld, zetten speciale hox-genen een cascade van processen in gang waardoor het beest daar twee poten en twee vleugels
ontwikkelt. Als nu in een bepaald segment een fout hox-gen aangaat, ontstaan bizarre exemplaren; zoals een vlieg met twee borststukken, of met een kop waarop poten in
plaats van voelsprieten zitten.
Dit exemplaar van Drosophila melanogaster zal er niet harder om lopen, maar toont op op fraaie wijze het effect van knutselen met hox-genen in het laboratorium: in plaats
van antennes steken er twee extra poten uit de kop.
Eén deel van ieder hox-gen, dat codeert voor de bindingsplaats waarmee het zich aan DNA verankert (het homeodomein), is voor alle meercellige organismen min of
meer gelijk.
De andere hox-domeinen coderen voor eiwitten die cascades van ontwikkelingen in gang zetten voor specifieke eigenschappen van het bouwplan van die soort, zoals
het ubx-gen in Drosophilaen Artemia het aantal poten voorschrijft.
Dit kenmerk is handig voor morfologisch onderzoek naar verwantschap. Verschillen tussen nucleotidenvolgordes in hox-genen van verwante soorten staan
namelijk voor het verschil in lichaamsopmaak.
De mutatie van één hox-gen zou dus in een handomdraai voor een sprong van het bouwplan zorgen, richting een hogere soort in de taxonomie: de noodzaak van
tussensoorten (stapsgewijze veranderingen) valt hiermee overboord.
Selectiedruk bepaalt vervolgens of de nieuwe ‘soort’ een lang leven is beschoren en de geslaagde soorten zijn als fossielen te zien. Darwins missing
links kunnen vergeten worden! Zo eenvoudig is het echter niet.
Sprongetje
‘Meer dan een vergelijkende anatomische studie op DNA-niveau is het niet’, zegt dr. Gerdien de Jong, evolutionair populatiebiologe aan de Universiteit van Utrecht. De
fout om de ontbrekende schakel te verwerpen zit hem in de rechtlijnigheid van de extrapolatie. Allereerst betreft het niet één enkele mutatie die de reorganisatie
van het bouwplan inzet, maar meerdere, parallelle veranderingen.
In het lab ontstond een fruitvlieg met vele pootjes omdat een deel van een hox-gen was vervangen. Welliswaar een klein deel van het totale genoom, maar veel méér
dan een enkele mutatie zou kunnen teweegbrengen.
De Jong: ‘Een realistischer sprongetje is de selectie op genetische variatie die van nature in de fruitvlieg aanwezig is. Bijvoorbeeld met betrekkeing tot veel of
weinig haren op de poten, ook een eigenschap die hox-genen bestieren’.
Een tweede, belangrijker, aspect is dat naast mutaties ook andere ‘werktuigen van de evolutie’ het DNA in allerlei bochten wringen.
Uit de publicatie in Nature blijkt dat alleen uitwisseling van de hox-genen voor poten niet voldoende was om de ontwikkeling tot de zespotige Drosophila te kunnen
verklaren. Knippen en plakken met (delen van) domeinen van ubx- en andere betrokken hox-genen, gaf tenslotte uitsluitsel: het expressiepatroon van het ubx-gen is
veranderd sinds beide soorten zich distantieerden; de betrokken hox-genen verschoven hun aangrijpingspunten op het DNA en eigenden zich, tot slot, ook nog
nieuwe taken toe.
‘Onzinnige interpretatie’
Selectie, de drijvende kracht achter soortsvorming, heeft gedurende de geschiedenis het beschikbare gereedschap op een complexe wijze ingezet.
Om die werktuigen aan het werk te zien, kan vergelijking op het niveau van DNA en genexpressie uitkomst bieden. Dat hiermee de evolutie gade geslagen zou worden, is
echter te ver gezocht.
Op het enthousiasme van eerdergenoemde wetenschappers om Darwins missing links te vullen met sprongen door hox-genmutaties, reageert De Jong verontwaardigd.
‘De resultaten in Nature zijn heel mooi allemaal. Maar je moet er geen onzinnige evolutionaire interpretaties aan vastknopen’.
Dit is een achtergrondartikel van Bionieuws.

ga naar de website

meer informatie op Kennislink
Vinnen en vingers
Hox-genen kunnen meer dan alleen 'meer of minder'. Het ontstaan van vingers aan onze handen hebben we wellicht ook te danken aan de creatieve omgang van de
natuur met Hox-genen.kijk naar de mens.
Onze evolutionaire voorouders staan dicht bij vissen. De vinnen van vissen groeien niet uit zoals vingers dat doen. Terwijl bij gewervelde landdieren de embryonale 'vin' zich
juist verder ontwikkelt tot een poot of hand met vingers.
Genetisch onderzoek in Zwiterserland wijst erop dat het verschil tussen vinnen en handen schuilt in de activiteit van Hox-genen. In de evolutie van gewervelde zee- naar
landdieren is in het uiteinde van een vin een stel Hox-genen 'aangegaan' waardoor daar extra groei en patroonvorming optrad. En ziedaar, een hand met vijf vingers.
Muizen en mensen met een afwijking in een bepaald Hox-gen komen ter wereld met ledemaatafwijkingen, vergroeide vingers en slecht ontwikkelde handen. Die waarneming
steunt het idee over het evolutionaire begin van handen. Omdat mens en muis erg veel op elkaar lijken, zowel qua embryonale ontwikkeling als wat betreft de Hox-genen,
hoopt Deschamps met haar groep via muis-onderzoek de werking van Hox-genen - en dus bepaalde ontwikkelingstoornissen - in mensen beter te begrijpen.
Verschenen op 07-03-2002 in U-blad 25 (33).
Architectuur bij dieren en de moleculaire achtergrond
http://thegenehunter.50megs.com/Phasmida/Onderzoeken/architectuur_bij_dieren_en_de_moleculaire_achtergrond.htm
ZEBRAVISONDERZOEK
http://www.leidenuniv.nl/mare/2004/22/0701.html
Samenvatting 2004
http://www.scintilla.utwente.nl/~everts/TotaalVerslag%201.5.pdf
Hox genen en creationisme ;
Sheele ;
http://www.degeneratie.nl/archief/nieuws_actueel/980919BIO.HTM
http://www.degeneratie.nl/archief/nieuws_actueel/980117BIO2.HTM
Hox protein mutation and macroevolution of the insect body plan
Matthew Ronshaugen, Nadine McGinnis & William McGinnis
Section of Cell and Developmental Biology,
http://brembs.net/metabiology/mcginnis.pdf
HOX DataBase
http://nfss.evol.nw.ru/labs/lab38/spirov/hox_pro/hoxdb.html
Vertebrate Development: Hox Genes
http://www.ucalgary.ca/UofC/eduweb/virtualembryo/hox.html
evodevo lessenpakket
Virtual embryo :
http://www.ucalgary.ca/UofC/eduweb/virtualembryo/dev_biol.html
Darwin ,
Evolutietheorie en het belang van Hox genen
Gerdien de Jong, evolutiebioloog, Universiteit Utrecht
21-03-2009 door Briefaandarwin
Utrecht, 21 maart 2009
Geachte heer Darwin,
Biologie is sterk veranderd sinds het laatste voortgangsrapport dat u gekregen zult hebben, vijftig jaar geleden bij uw vorige jubileum. Biologen van vijftig jaar
geleden zouden geen huidig leerboek biologie kunnen lezen, en biologen van nu hebben soms moeite om een biologieboek van vijftig jaar geleden te
begrijpen. Er zijn duizenden technieken bij gekomen op moleculair gebied en aan computers - sorry voor de termen, ik hoop dat u een engel met een
encyclopedie of internettoegang tot Wikipedia kunt bereiken.
Vijftig jaar geleden, bij uw 150ste geboortejaar en het 100ste jaar van On the Origin of Species, klonk er een te wapen: ‘Honderd jaar zonder Darwin is
genoeg!' Dat is nu heel anders. Weliswaar wordt er nog wat gemokt in reservaten als USA of Urk, maar u bent nu de basisfiguur voor de hele biologische
wetenschap. Evolutie is erkend als de grote verenigende theorie van de biologie. Alle biologie staat in het teken van afstamming onder verandering.
Dat is zo sinds 1984, het jaar van de ontdekking van de zogenoemde hox-genen, dus uw theorie heeft er 125 jaar over moeten doen om de theorie van alle
biologie te worden. Veel vakgebieden kwamen moeiteloos aanschikken bij de evolutie. Paleontologie werd direct evolutionair, zeker met de vondst van
Archaeopteryx in 1861. In het jaar 1898 was de afstamming van de gewervelde dieren in hoofdlijnen bekend.
Bij uw vorige jubileum, in 1959, was net de allereerste studie over natuurlijke selectie in het veld gedaan. Nu zijn er zeker tweeduizend schattingen van de
sterkte van natuurlijke selectie in natuurlijke populaties gepubliceerd. We weten dus niet alleen dat natuurlijke selectie bestaat, maar we krijgen nu ook enig
idee van wat voor soort selectie er is en hoe vaak selectie sterk of zwak is.
Er is nu een hele inventaris van gevallen van soortvorming. En ja, soortvorming gaat soms direct, door natuurlijke selectie voor aanpassing aan een andere
levenswijze, maar soms ook indirect, en dat heeft te maken met dat optreden van de onwil om met andere beesten te paren.
De embryologie had natuurlijk allang de overeenkomst tussen de larven van gelede wormen en weekdieren blootgelegd, en de grote overeenkomst in de
embryo's van alle vertebraten, maar toch wilden embryologen niet erg aan evolutie. Ze zagen niet hoe genen en embryologische ontwikkeling samenhingen, en
wat evolutie van genen met zich ontwikkelende embryo's van doen had.
De grote verandering kwam doordat met moleculaire technieken de volgorde van de ‘letters' in de genen kon worden vastgesteld. Dat had een enorm
belangrijk gevolg voor de biologie: alle beesten (en planten en eencelligen en microben) konden direct vergeleken worden. Die vergelijking liet in 1984 zien
dat de hox-genen, die van voor naar achter de identiteit van onderdelen van een beest aangeven, voor alle diergroepen hetzelfde zijn.
Niemand had tot die tijd gedacht dat de diergroepen in de genetische basis van hun embryonale ontwikkeling zo sterk overeen zouden komen. Met één klap
werd ook de embryologie genetisch, moleculair en evolutionair. Alle vakgebieden waren toen binnenboord bij de evolutie. Hox betekende de verovering van
de biologie door de evolutietheorie.
De genen zijn de laatste 25 jaar ook gebruikt om een stamboom van alle beesten te maken. Er kwamen grote verrassingen tevoorschijn. De ordening van de
hoofdgroepen van de beesten bleek anders te moeten: de gelede wormen behoren niet bij de geleedpotigen zoals de meeste biologen dachten, maar bij de
weekdieren. Biologen die gezegd hadden dat er meer op het larvale stadium dan op segmentatie gelet moest worden, hebben gelijk gekregen.
De grootste verrassing was wel dat de insecten op grond van hun genen een landvorm van de kreeften bleken. Niemand had dat eigenlijk gedacht. We
weten nog niet zeker bij welke van de vele kreeften de insecten het beste passen. De meeste onderzoekers plaatsen de insecten als neefjes van de
Branchiopoden, de groep met de pekelkreeftjes.
Uw zeepokken en eendenmossels zijn natuurlijk ook kreeftjes.
De door u bedachte superorde Thoracica draagt nog steeds die naam. Er is intussen een grote moleculaire studie naar de zeepokken en eendenmossels gedaan.
Het zal u interesseren dat Scalpellum en verwanten onder de eendenmossels het dichtst bij de zeepokken staan, en dat het geslacht Ibla van alle andere
zeepokken en eendenmossels het eerst afgesplitst is.
http://www.brembs.net/metabiology/mcginnis.pdf
Quote:
pdf Document ---> Nieuwe
map_mcginnis.pdf (569.9 KB)
Hox protein mutation and macroevolution of the
insect body plan
Matthew Ronshaugen, Nadine McGinnis & William McGinnis
Section of Cell and Developmental Biology, University of California—San Diego,
La Jolla, California 92093, USA
nature
advance online publication letters to nature
A fascinating question in biology is how molecular changes in
developmental pathways lead to macroevolutionary changes in
morphology. Mutations in homeotic (Hox) genes have long been
suggested as potential causes of morphological evolution1,2, and
there is abundant evidence that some changes in Hox expression
patterns correlate with transitions in animal axial pattern3. A
major morphological transition in metazoans occurred about
400 million years ago, when six-legged insects diverged from
crustacean-like arthropod ancestors with multiple limbs4–7. In
Drosophila melanogaster and other insects, the Ultrabithorax
(Ubx) and abdominal A (AbdA, also abd-A) Hox proteins are
expressed largely in the abdominal segments, where they can
suppress thoracic leg development during embryogenesis3. In a
branchiopod crustacean, Ubx/AbdA proteins are expressed in
both thorax and abdomen, including the limb primordia, but do
not repress limbs8–11. Previous studies led us to propose that gain
and loss of transcriptional activation and repression functions in
Hox proteins was a plausible mechanism to diversify morphology
during animal evolution12. Here we show that naturally selected
alteration of the Ubx protein is linked to the evolutionary
transition to hexapod limb pattern.
http://nai.nasa.gov/news_stories/news_detail.cfm?ID=36
Quote:
Ubx gene / body plan in arthropods
Using laboratory fruit flies and a crustacean known as Artemia, or brine shrimp, the scientists showed how modifications in the Hox gene Ubx—which suppresses 100 percent of the limb
development in the thoracic region of fruit flies, while its crustacean counterpart from Artemia only represses 15%—would have allowed the crustacean-like ancestors of Artemia, with limbs
on every segment, to lose their hind legs and diverge 400 million years ago into the six-legged insects. Credit: Matthew Ronshaugen, UCSD
Het evolutiesymposium p 18-19 http://bioscope.bio.uu.nl/archief/2002/05.pdf
Crustacean appendage evolution associated with changes in Hox gene expression http://www.imbb.forth.gr/people/averof/Nature97m.pdf
HOX-GENEN deel 1
door Tjeerdo
en PUNCTUATED EQUILIBRIUM
Wormen, vliegen, kikkers, kippen, muizen en mensen hebben ze,
Hox-genen. Ze zijn essentieel voor een goed verloop van de embryonale ontwikkeling.
Nadat andere genen het embryo in segmenten hebben onderverdeeld, zorgen Hox-genen ervoor dat ieder segment zijn juiste identiteit krijgt.
Een kopsegment legt de structuren voor een kop aan, hetzelfde geldt voor de romp en achterlijf.
De Hox-genen worden ook wel de Rosetta-steen van de ontwikkelingsbiologie genoemd.
De Hox-genen zijn voor het eerst ontdekt in de fruitvlieg Drosophila melanogaster.
Deze vlieg is opgebouwd uit veertien segmenten, drie voor de kop,
drie voor het borststuk en acht voor het achterlijf.
In iedere cel van de zich ontwikkelende fruitvlieg bevinden zich die Hox-genen.
Het zijn er acht en ze liggen pal achter elkaar in een cluster.
I
eder Hox-gen heeft zijn specifieke taak in een goed afgebakend deel van de vlieg.
Het eerste Hox-gen in de rij is alleen actief in het voorste deel van de kop,
het tweede gen iets meer naar achteren (waarbij het de actie radius van het eerste gen deels overlapt).
Het laatste Hox-gen in de cluster is alleen in het achterste deel van het vliegenembryo actief.
Gedurende de evolutie is dit cluster van acht genen minstens twee keer in zijn geheel gekopieerd.
Cellen van gewervelde dieren hebben namelijk 39 Hox-genen die zijn verdeeld zijn over vier clusters.
Waarschijnlijk vraagt de complexere organisatie van gewervelde dieren om een fijnere regulatie waarvoor meer Hox-genen nodig zijn.
Hox-genen bevatten informatie voor transcriptie-factoren.
Dat zijn eiwitten die aan DNA binden en genen omschakelen.
De Hox-eiwitten beinvloeden soms wel 150 andere genen.
Ze kenmerken zich door een zogenoemd homeodomein. Dit is opgebouwd uit 60 aminozuren die zich opvouwen tot drie alpha-helices.
Een van die helices herkent de specifieke DNA-volgorde TAAT en bindt daaraan.
Dit fenomeen was langdurig een raadsel.
Het lijkt erop dat Hox-eiwitten allemaal eenzelfde DNA-volgorde herkennen.
Enkele vragen die naar voren kwamen, waren:
Waaraan ontleent zo'n eiwit dan zijn specifieke activiteit?
Hoe kan het ene Hox-eiwit bijdragen aan de ontwikkeling van de kop, terwijl het andere een rol speelt bij de vorming van het borststuk?
Uit onderzoek blijkt dat niet alleen de TAAT-sequentie bepalend is voor de binding.
Ook omliggende DNA-letters zijn van belang. En de herkennings-helix vertoont ook kleine verschillen, zo bleek na een onderzoek van een aantal homeodomein-eiwitten.
Waar het ene eiwit in zijn herkenningshelix het aminozuur lysine heeft, zit bij het andere een glutamine-groep.
Het lysine herkent alleen de DNA-lettercombinatie CG, glutamine herkent alleen AT.
Via dergelijke minieme verschillen kunnen de homeodomein-eiwitten, dus andere genen aan- en uitschakelen.
Hox genen deel 2
(Samenvattingen van artikelen in Nature 21 februari en 30 maart.)
In sommige vormen van evolutie geloofde zelfs Darwin niet.
Evolutie in onwaarschijnlijk grote sprongen bijvoorbeeld.
Het blijkt toch te kunnen.
In theorie kunnen kleine veranderingen in erfelijk materiaal in 챕챕n klap tot dramatische veranderingen in de vorm en bouw van een organisme leiden.
Meestal leveren deze zogenaamde macromutaties echter niets dan ellende voor het dier in kwestie op.
Darwin hield het daarom op een meer geleidelijke, zeer langzame evolutie waarbij een soort via vele tussenvormen tot een nieuwe soort kan leiden.
Dat evolutionaire sprongen wel degelijk kunnen bestaan, bewijzen twee groepen Amerikaanse wetenschappers.
De twee onderzoeksteams, een uit Californie en een uit Wisconsin, keken naar het evolutionaire verband tussen insecten en kreeftachtigen.
De fruitvlieg en het pekelkreeftje dienden als onderzoeksobjecten.
De twee beestjes lijken op het eerste gezicht weinig op elkaar.
Toch hebben ze een gemeenschappelijke voorouder, waaruit ze zo'n vierhonderd miljoen jaar zijn ontstaan.
De Amerikanen keken bij deze afsplitsing van soorten naar het aantal pootjes:
het pekelkreeftje en de voorouder hebben er vele, verdeeld over een groot gedeelte van het lichaam, terwijl de vlieg er slechts zes heeft.
Die stap naar zes pootjes bleek in 챕챕n keer gemaakt te kunnen worden, zo ontdekten de onderzoekers (!).
Cruciaal daarbij is een van de zogeheten Hox-genen. (= hoofdschakelaar, om genen aan en uit te zetten > zie boven).
De onderzoekers richtten hun aandacht op het UBX-gen, een Hox-gen dat de ontwikkeling van ledematen regelt.
Het Ubx-gen van de vlieg bleek slechts op 챕챕n beperkt aantal plaatsen te verschillen van het Ubx-gen van het kreeftje.
Door kleine stukjes Ubx-gen, met daarop de genetische verschillen tussen vlieg en kreeftje, uit te wisselen tussen de embryo's van de twee beestjes, kwamen de onderzoekers er achter welke
mutaties precies verantwoordelijk waren voor de extra ledematen.
Zo kregen ze een kreeftjes-embryo dat slechts zes pootjes ontwikkelde, terwijl het embryo van de vlieg er vele kreeg.
Dit zijn baanbrekende resultaten
Paleontologen zoeken stelselmatig naar tussenvormen.
Er zijn vele gevonden. Van bepaalde diersoorten kunnen we de hele ontwikkelingsgeschiedenis nagenoeg reconstrueren.
Echter soms ontbreken er tussenschakels.
Nu bewezen is dat enkele mutaties grote veranderingen in het bouwplan van een organisme kan veroorzaken, moeten we concluderen dat sommige van die ontbrekende schakels
nooit hebben bestaan.
Darwin moest het doen met observaties.
En baseerde daarop zijn principe van geleidelijkheid.
Echter met deze gegevens moeten we wel anders naar zijn theorie kijken.
Men kan dit gegeven ook doorvoeren naar de definitie "fitste beesten".
Een organisme met een verrassend nieuw bouwplan hoeft niet perfect te zijn.
Als het zich kan voortplanten en terechtkomt in een omgeving die het desbetreffende organisme ruimte biedt om te overleven, hebben dergelijke imperfecte dieren ook daadwerkelijk kans om
te overleven.
Een voorbeeld is het Cambrium.
Net voor het Cambrium 543 miljoen geleden waren de meeste dieren uitgestorven.
Tijdens het Cambrium ontstond de bekende explosie van leven.
In een bestek van tien miljoen jaar ontstonden vele soorten.
Hiertussen kunnen vele minkukels hebben gezeten die door grote sprongen in de evolutie ontstaan zijn.
Door de ecologische ruimte konden ze overleven.
En er was de mogelijkheid om een langzame evolutie te ondergaan, die hun nog betere overlevingskansen en dito aanpassingen deed ondergaan.
Een evolutie die met horten en stoten verloopt noemt men een Punctuated Equilibrium.
Het Amerikaanse onderzoek laat zien dat zulke evolutie daadwerkelijk kan bestaan.
Hox genen deel 3
Naast Hox-genen kennen we ook andere genen die te maken hebben met de embryogenese.
Vanuit de fylogenetica kunnen wij deze bouwplannen goed verklaren.
Het is ook leuk om er spelletjes mee uit te voeren.
Een treffend voorbeeld is het Pax6-gen van de mens.
Een mutatie in het gen heeft verstrekkende gevolgen voor de ontwikkeling van de ogen.
De iris wordt niet aangelegd, soms ontbreken de ogen zelfs helemaal.
In muizen, ratten en fruitvliegen zijn genen gevonden die als twee druppels water op Pax6 lijken.
Het zijn zogenaamde homologen van Pax6.
Bj muizen en ratten heet het gen small eyes,
bij de fruitvlieg eyeless.
Hoewel de ogen van een vlieg in de verste verte niet lijken op die van een rat, gebruiken ze hetzelfde gen voor de aanleg daarvan.
Het Pax6-gen is blijkbaar zo belangrijk dat het bijzonder goed bewaard is gebleven tijdens de evolutie.
Hoe goed bleek tijdens een experiment.
In een bevruchte eicel van de fruitvlieg werd het small eyes-gen gezet.
Het muizengen kwam terecht tussen de genen die verantwoordelijk zijn voor de aanleg van de poten en werkte daar als een eyeless-gen.
De poten van de volwassen fruitvlieg waren bezaaid met vliegenogen.
EVO - DEVO
De embryoloog Karl Ernst Von Baer
schreef in 1828:
Ik heb twee kleine embryo's gepreserveerd in alcohol, maar ik ben ze vergeten te labelen.
En nu kan ik de genus waartoe ze behoren niet determineren.
Het kunnen hagedissen, vogels of zoogdieren zijn.
Zijn theorieen zijn op de dag van vandaag nog actueel.
Vlak na de gastrulatie lijken gewervelden nog vreselijk veel op elkaar.
Pas in een later stadium ontwikkelen zich kenmerken als poten, vleugels, armen, schubben, haren, nagels of klauwen.
De fylotypische zandloper is in ontwikkeling.
De embryonale assen ontstaan.
De buis krijgt boven, onder, voor en achterkant.
Tegelijkertijd vormen zich de drie kieuwlagen, het ecto-, meso en endoderm.
Verdere differentiatie volgt hierna. Dit hele proces voltrekt zich bij gewervelde dieren op dezelfde manier
.
Ook de genen die hiervoor verantwoordelijk zijn terug te vinden.
Identieke genen bij verschillende soorten. Insekten, weekdieren en gewervelden die dezelfde genen hiervoor hebben.
Wat sog genoemd wordt bij het fruitvliegje heet chd bij de kikker.
Verder komen we bij het fruitvliegje dpp tegen dit is werkzaam aan de bovenkant.
En bij de breedbekkikker is dit Bmp4. Ze zijn inwisselbaar. B
ij de gewervelden komen we soortgelijke homologen tegen.
De verhouding van deze stoffen bepaalt een goede aanleg van boven en onderkant.
Ook draagt dit bij tot een goede aanleg van zenuwstelsel en hart.
Voor de aanleg van lichaams-as en de verdeling van het embryo in voor- en achterkant zijn retinoidezuren belangrijk (vitamine A-achtige stoffen).
De verspreiding van de morfogenen vindt plaats vanuit een centra in de blastula, het zogenaamde Nieuwkoop-centrum.
Een van die signalen die het Nieuwkoop-centrum afgeeft zorgt weer voor de vorming van de zogenoemde Spemann organizer. Dit stukje weefsel scheidt allerlei moleculen uit die essentieel
zijn voor de gastrulatie en de ontwikkeling van de embryo.
De Spemann organizer reguleert de aanleg van structuren vanaf de achterhersenen tot aan het puntje van de staart.
De aanleg van het voorste deel van de kop staat onder invloed van andere stoffen die zich waarschijnlijk vanuit een andere organizer verspreiden.
Tot voor kort wisten we niets van deze organizer.
Nu zijn onderzoekers deze plek op het spoor.
In Nature, 30 maart wordt melding gemaakt van het Lim 1 gen. Bij uitschakelen van dit gen bij muizen ontwikkelen de embryo's geen kop.
Andere genen zijn ook gevonden Otx2 en Emx2.
Bij de kikker en de mens zijn ook homologen hiervan gevonden.
Sommige sf-adepten onder ontwikkelingsbiologen opperen al het idee om hoofdloze mensen te kweken.
Om het probleem van het tekort aan organen op te lossen.
Ook een leuk verhaal om te vertellen voor het slapen gaan
updates ;
Carl Zimmer schrijft vandaag ook iets over BMP-4 activiteit.
http://www.corante.com/loom/archives/006146.html
Science stuurde vandaag het volgende bericht:
http://biomedcentral.com/news/20040913/04
Binnen dit artikel werd de naam van Jacqueline Deschamps genoemd
(Ontwikkelingsbiologie UVU)
Haar link komt hier:
http://www.hubrecht.eu/research/deschamps/index.html
Een verhaaltje voor het slapen gaan.
Ed vaessen
Ik zag eens een foto in de krant staan van een pad waarmee ook iets niet helemaal goed was gegaan.
Een onverwacht hikje in de hox- of de pax-genen. ?
Het beest stond met geopende bek naar de camera te kijken.
Niet dat hij ogen op zijn hoofd had daarvoor want door een grapje van moeder natuur waren de ogen aan de verkeerde kant van de schedel terecht gekomen en keken ze
vrolijk vanuit zijn geopende bek naar buiten.
Slik.
Eigenlijk toch geen verhaaltje voor het slapen gaan...
Ik heb ook altijd veel waardering voor een God die dit soort grappen kan bedenken en zijn supporters die bij zulke gelegenheden luid aplaudiseren omdat ze de diepere zin
ervan doorgronden...
(Tsjok )
http://www.pca.state.mn.us/hot/frogphotos.html
http://www.geaflecht.nl/geafl/archief/artikel/kikkvert.html
onderzoek naar misvormde kikkers ,
Kijk hier maar eens --->
http://info.hartwick.edu/biology/def_frogs/Introduction/Exploration/explore.html
Nu ja
, 't is toch alweer "mooi allemaal de schuld van de zondige mens "
; met al die vervuiling en met zijn "oerdom" gepruts aan de" schepping " , h챕 ?
Om nog maar niet te spreken van de nog steeds toenemende druk op alles wat ook maar leeft , veroorzaakt door de menselijke overbevolking en bijhorende prut , afval en
verloederingen ... en natuurlijk met de bevordelijke kweekinstrukties/handleidingen van en voor alle soorten van "ware " gelovigen ....
Leuke tchernobylia en gevolgen van" uranium munitie gebruik "zijn ook opsnorbaar ....
Nota :
Met monsterachtige "mensjes "en /of mislukte "kroonjuweeltjes van de schepping "( de zogenaamde "foutjes " in de ontwikkeling ) wil ik de lezers van dit forum (nog )niet
trakteren : 't Is niet erg geschikt voor gevoelige kijkers : maar ze bestaan dus wél die " probeersels" en prutserijen -van de "grote ontwerper" en "bestuurder:" van de
prachtige -schepping : veel van de ___zoveel mogelijk prive gehouden___onderzoekinginstuten en evo-devo studies zitten proppensvol met deze" rariteiten" ....
Conclusie ?
--->In het evolutiemodel is dat dus allemaal gewoon inpasbaar zonder grote problemen ...
---->'t Ligt (boven)natuurlijk wat moeilijker voor het creatiemodel dacht ik ....
Maar ja de duivel bestaat ook nog , gezien het feit dat men hem in het Brusselse nog regelmatig tracht uit te drijven , met alle gevolgen van dien ....
Jurre
" ....Komt het door het ontbreken van de onderarm-hoxgenen dat er soms softenon afwijkingen optreden ...? "
Tjeerdo ;
Softenon afwijkingen werd veroorzaakt door een medicijn Thalidomide genaamd. Dit werd gebruikt tegen hoofdpijnklachten en misselijkheid.
Vooral de "hormonale" misselijkheid tijdens de zwangerschap werd hier goed mee bestreden. De dames hadden 's-ochtends minder problemen.
Binnen de ontwikkelingsbiologie komen we het medicijn thalidomide inderdaad tegen.
De precieze oorzaak is niet helemaal duidelijk. Het grijpt inderdaad in tijdens de differentiatiefase in de eerste maanden van de zwangerschap.
De onderstaande link geeft een aantal mogelijke oorzaken van de ontbrekende of onvolledig aangelegde ledematen.
Onder hoofdstuk 21.5 staan een aantal voorbeelden:
http://www.devbio.com/contents.php?sub=1&art=1
Hox genen en planten
http://scienceblogs.com/pharyngula/2006/11/mads_boxes_flower_development.php
A brief overview of Hox genes
http://pharyngula.org/index/weblog/comments/a_brief_overview_of_hox_genes/
Aug 20, '08, edited on Jan 14, '09
Hox genen en planten
http://scienceblogs.com/pharyngula/2006/11/mads_boxes_flower_development.php
A brief overview of Hox genes
http://pharyngula.org/index/weblog/comments/a_brief_overview_of_hox_genes/
Researchers Discover That Sheep Need Retroviruses For Reproduction (Sep. 11, 2006) — A team of scientists from Texas A&M University and
the University of Glasgow Veterinary School in Scotland has discovered that naturally occurring endogenous retroviruses are required for ... > read more
Clues To Ancestral Origin Of Placenta Emerge In Genetics Study (Apr. 17, 2008) — Researchers have uncovered the first clues about the
ancient origins of a mother's intricate lifeline to her unborn baby, the placenta, which delivers oxygen and nutrients critical to the baby's ... > read more
HoxA-11
http://www.sciencedaily.com/releases/2008/09/080918171155.htm
Loss Of Egg Yolk Genes In Mammals And The Origin Of Lactation And Placentation (Mar. 19, 2008) — The major egg yolk genes, those that
express vitellogenins, appear to have progressively lost their functionality during mammalian evolution, probably due to the emergence of the mammalian-specific
... > read more
Evolution Of An Imprinted Domain In Mammals (June 3, 2008) — A new PLoS Biology article investigates the evolution of genomic imprinting in a specific
region of the mammalian genome. The work shows that different regions became imprinted at different times ... > read more
Regelgenen en "hoofdschakelaars "
http://evolutie.blog.com/1584396/#cmts
comments 4 en 5
(Martin)
Een fenotype hangt niet alleen van de genen in het DNA af, maar ook van "genetic switches" die tussen de genen inzitten.
Kleine veranderingen in die switches kan grote gevolgen hebben voor het fenotype. Dat is ook zo met de Hox genen.
Dus mutaties aan dat soort "regulatory genes" hebben fascinerende gevolgen voor het fenotype.
Carroll noemt een voorbeeld van kleurbanden op een fruitvliegei. Door de bijbehorende genetische switches te manipuleren, maar niet de genen zelf, kunnen die
kleurbanden over het ei verschoven worden.
Expressie van het Pax-6 gen, dat met oogvorming te maken heeft, levert ook zeer fascinerende resultaten.
Dus ook als genen zelf niet muteren, dan kunnen kleine mutaties in de expressieregulatie grote gevolgen hebben.
B.v. hox genes bepalen, wanneer een lichaamssegment (in een crustacean of zo) geplaatst wordt. Mutaties in zulke hox genes hebben onmiddelijk gevolg voor het
aantal segmenten.
Dus waarom heeft een slang zoveel ribben?
Graduele veranderingen in het DNA impliceren dus niet noodzakelijkerwijs graduele veranderingen in het genotype.
Dat is een beetje als met software: als je 1101 typt inplaats van 1110, dan kan dat gigantische gevolgen hebben.
Vraag maar aan een programmeur.
( Jan koster )
Genregulatie, het idee van switches, gaat terug op werk van de Franse Nobelprijswinnaars Jacob en Monod (1961).
Door regelgenen, netwerken en cascades kunnen kleine mutaties grote gevolgen hebben.
Dat was niet wat Darwin op het oog had
Trouwens
De overtuiging dat alles, wat er ook ontdekt wordt, een bevestiging van het gelijk van Darwin is(Bijvoorbeeld : het *natura non facit saltus* )is allang voorbij ....
Eigenlijk is het niet interessant om weten , of Darwin ook al dacht of zei dat het saltationisme niet houdbaar is Het is historisch interessant, dat wel, maar biologisch niet.
En dat valt Darwin ook niet te verwijten.
Overdreven dogmatisme is de hond in de wetenschappelijke pot.
Alhoewel volgens Kuhn een paradigma zijn nut kan hebben.
Ik heb wel eens gelezen, dat destijds, toen Jacob en Monod de regelgenen ontdekten, de biologengemeenschap flabbergasted ( onthutst ) was.
Dat geeft wel aan, dat het idee van regelgenen niet voor de hand lag rond 1950.
Misschien moeten we zeggen dat er geen saltus gemaakt wordt door Moeder Natuur in de regelgenen?
Dan had Darwin toch nog gelijk op de valreep
Gerdien de Jong at 2007/03/06
Darwin kon geen regelgenen op het oog hebben want het was onbekend.
Daarmee is /zijn
de waarnemingen van regelgenen,
en het feit dat kleine verschuivingen in regelgenen potentieel vrij grote fenotypische verschuivingen kunnen produceren
nog niet in tegenspraak met het idee van geleidelijke variatie.(nota :en de graduele ern geleidelijke "stap voor stap "
veranderingen in de (af)stamlijnen ? )
Bovendien is het de vraag
hoe vaak kleine verschillen in regelsystemen grote verschillen in fenotype veroorzaken, in de praktijk;
of wat men een groot verschil in fenotype acht.
En, er is binnen de beesten geen saltus in de regelgenen.
Carroll die weet waar hij het over heeft acht dit allemaal standaard uitbreiding van de evolutiebiologie die met Darwin begon.
(Bij Jan Koster ) mag evolutiebiologie geen vorderingen maken na Darwin als ze Darwin niet tegenspreken ?
http://scienceblogs.com/loom/2006/10/18/national_geographic_gets_compl.php
Sep 25, '06
Hox cluster disintegration
The authors studied the genomic organization of this tiny, rapidly-developing tunicate and could find no trace of clustering of the nine Hox genes
http://scienceblogs.com/pharyngula/2006/09/hox_cluster_disintegration.php#more
wrote on Aug 9, '06
HOX Genes
Overzicht
http://scienceblogs.com/pharyngula/2006/04/a_brief_overview_of_hox_genes.php
Regulatory evolution of the Hox1 gene
http://scienceblogs.com/pharyngula/2006/08/regulatory_evolution_of_the_ho.php
double mutant mouse. http://scienceblogs.com/pharyngula/upload/2006/08/double_mutant_mouse.jpg
ancient gene
The mouse looks the same but has an ancient gene
http://news.bbc.co.uk/2/hi/science/nature/5245950.stm
"Dubbel gemuteerde" - muis
http://news.bbc.co.uk/2/hi/science/nature/5245950.stm
http://news.bbc.co.uk/2/hi/science/nature/4056559.stm
Hox-genen nog geen verklaring voor missing links
http://www.kennislink.nl/web/show?id=79156
Hox-genen spelen de hoofdrol in de ontwikkeling van het bouwplan van alle meercellige organismen. DNA-technologie moet helpen uitsluiten of
Darwins missing links nu in een nieuw daglicht komen te staan.
Amerikaanse onderzoekers vervingen een deel van een hox-gen (het ubx-gen) in Drosophila melanogaster en bouwden zo fruitvliegen met ontelbare pootjes
(Nature 21 feb.). Het mutante deel was afkomstig van Artemia franciscana, het pekelkreeftje. De ontdekking dat een dergelijk kleine verandering gen zo’n impact op
het bouwplan te weeg kan brengen, maakte bij menig wetenschapper de tong los.
Ontwikkelingsbiologe dr. Jacqueline Deschamps, onderzoekster van hox-genen in muizen, vroeg zich op een evolutiesymposium in Utrecht meteen hardop af of
Darwins missing links wel noodzakelijkerwijs bestonden. En zij was niet de enige. Ook dr. Frederick Schram, systematisch en geografisch dierkundige aan de
Universiteit van Amsterdam, zei in de Volkskrant naar aanleiding van het Amerikaanse onderzoek ‘te moeten concluderen dat sommige van de ontbrekende
schakels nooit hebben bestaan.’
Al tijdens de ontwikkeling van een insecteneicel vindt er differentiatie plaats die de lichaamsassen van het embryo (voor-achter, boven-onder) vastlegt.
Zogenaamde segmentatiegenen brengen vervolgens eiwitten tot expressie die de basis leggen voor het aantal segmenten dat het insect zal ontwikkelen.
Homeotische (of: hox-) genen bepalen tot slot welke functie elk deel zal krijgen.
Binding van de produkten van hox-genen aan het DNA be챦nvloedt de transcriptie van specifieke genen. In het thoraxsegment van Drosophila bijvoorbeeld, zetten
speciale hox-genen een cascade van processen in gang waardoor het beest daar twee poten en twee vleugels ontwikkelt. Als nu in een bepaald segment een fout
hox-gen aangaat, ontstaan bizarre exemplaren; zoals een vlieg met twee borststukken, of met een kop waarop poten in plaats van voelsprieten zitten.
2 / 16
frontal view of mutant D Melanogaster antennapedia head
http://tsjok45.multiply.com/photos/album/892http://www.sdbonline.org/fly/aimain/images.htm
frontal view of mutant antennapedia head
http://www.sdbonline.org/fly/aimain/antp-head.jpg
Antenna are transformed into metathoracic (second second thoracic segment) legs.
Dit exemplaar van Drosophila melanogaster zal er niet harder om lopen, maar toont op fraaie wijze het effect van knutselen met hox-genen in het laboratorium: in plaats van antennes steken er
twee extra poten uit de kop.
Dit exemplaar van Drosophila melanogaster zal er niet harder om lopen, maar toont op op fraaie wijze het effect van knutselen met hox-genen in het laboratorium: in plaats van antennes steken er twee extra poten uit
de kop.
E챕n deel van ieder hox-gen, dat codeert voor de bindingsplaats waarmee het zich aan DNA verankert (het homeodomein), is voor alle meercellige organismen
min of meer gelijk. De andere hox-domeinen coderen voor eiwitten die cascades van ontwikkelingen in gang zetten voor specifieke eigenschappen van het
bouwplan van die soort, zoals het ubx-gen in Drosophilaen Artemia het aantal poten voorschrijft. Dit kenmerk is handig voor morfologisch onderzoek naar
verwantschap. Verschillen tussen nucleotidenvolgordes in hox-genen van verwante soorten staan namelijk voor het verschil in lichaamsopmaak.
De mutatie van één hox-gen zou dus in een handomdraai voor een sprong van het bouwplan zorgen, richting een hogere soort in de taxonomie: de noodzaak van
tussensoorten (stapsgewijze veranderingen) valt hiermee overboord. Selectiedruk bepaalt vervolgens of de nieuwe ‘soort’ een lang leven is beschoren en de
geslaagde soorten zijn als fossielen te zien. Darwins missing links kunnen vergeten worden! Zo eenvoudig is het echter niet.
Sprongetje
‘Meer dan een vergelijkende anatomische studie op DNA-niveau is het niet’, zegt dr. Gerdien de Jong, evolutionair populatiebiologe aan de Universiteit van Utrecht.
De fout om de ontbrekende schakel te verwerpen zit hem in de rechtlijnigheid van de extrapolatie. Allereerst betreft het niet één enkele mutatie die de reorganisatie
van het bouwplan inzet, maar meerdere, parallelle veranderingen. In het lab ontstond een fruitvlieg met vele pootjes omdat een deel van een hox-gen was
vervangen. Welliswaar een klein deel van het totale genoom, maar veel méér dan een enkele mutatie zou kunnen teweegbrengen. De Jong: ‘Een realistischer
sprongetje is de selectie op genetische variatie die van nature in de fruitvlieg aanwezig is. Bijvoorbeeld met betrekkeing tot veel of weinig haren op de poten, ook
een eigenschap die hox-genen bestieren’.
Een tweede, belangrijker, aspect is dat naast mutaties ook andere ‘werktuigen van de evolutie’ het DNA in allerlei bochten wringen. Uit de publicatie in Nature blijkt
dat alleen uitwisseling van de hox-genen voor poten niet voldoende was om de ontwikkeling tot de zespotige Drosophila te kunnen verklaren. Knippen en plakken
met (delen van) domeinen van ubx- en andere betrokken hox-genen, gaf tenslotte uitsluitsel: het expressiepatroon van het ubx-gen is veranderd sinds beide
soorten zich distantieerden; de betrokken hox-genen verschoven hun aangrijpingspunten op het DNA en eigenden zich, tot slot, ook nog nieuwe taken toe.
‘Onzinnige interpretatie’
Selectie, de drijvende kracht achter soortsvorming, heeft gedurende de geschiedenis het beschikbare gereedschap op een complexe wijze ingezet. Om die
werktuigen aan het werk te zien, kan vergelijking op het niveau van DNA en genexpressie uitkomst bieden. Dat hiermee de evolutie gade geslagen zou worden, is
echter te ver gezocht. Op het enthousiasme van eerdergenoemde wetenschappers om Darwins missing links te vullen met sprongen door hox-genmutaties,
reageert De Jong verontwaardigd. ‘De resultaten in Nature zijn heel mooi allemaal. Maar je moet er geen onzinnige evolutionaire interpretaties aan vastknopen’.
Bezoek de website van het NIBI
Dec 17, '05
Hox genesis
http://pharyngula.org/index/weblog/comments/hox_genesis/#continue
links
voor bericht 5 en 6 ( + afbeeldingen )
http://www.consubiotech.nl/reroute.asp?query=http://www.consubiotech.nl/pages/default.asp?Subject_ID=339
http://www.consubiotech.nl/reroute.asp?query=http://www.consubiotech.nl/pages/default.asp?Subject_ID=339
Nov 10, '04, edited on Jan 14, '09
Zelfde gen, nieuwe structuur
Natuur & Techniek, maart 2002
Auteurs:
Frits Meijlink
Jacqueline Deschamps
Hox-genen reguleren de activiteiten van grote groepen andere genen. Tijdens de evolutie zijn ze gedupliceerd en van functie veranderd. Zo konden
kleine mutaties zorgen voor grote veranderingen.
Evolutie is ‘broddelwerk’. Iets nieuws wordt gemaakt met de resten van iets ouds. Nobelprijswinnaar François Jacob schreef daarover in 1977: "Iemand maakt een
roulette van een oud fietswiel en gebruikt de oude gordijnen om een jurk te maken." Via hetzelfde principe ontstaat ook een vleugel als modificatie van een poot en
niet from scratch als nieuwe structuur.
Ook voor evolutie op moleculair, dus genetisch, niveau geldt dat. Zogenoemde hox-genen (homeotische genen) werden al in het begin van de geschiedenis van
het dierenrijk gebruikt om cellen te informeren over hun positie binnen het zich ontwikkelende organisme. Ze vertellen welke genen de cel moet aanzetten en welke
uit. Tientallen miljoenen jaren later werden de oude hox-genen in totaal nieuwe structuren op een nieuwe manier aan het werk gezet (‘gerekruteerd’, zegt men wel).
Zo ontstond biodiversiteit zonder de noodzaak van nieuwe genen.
Evolutionaire stappen
Hox-genen zijn plausibele kandidaten om een hoofdrol te spelen als de evolutie ‘een stap neemt’, omdat ze hele genetische programma’s kunnen aansturen. Ze
zijn bovendien betrokken bij veel verschillende aspecten van de embryogenese (ontwikkeling van ei tot vrucht) en morfogenese (vorming van een organisme). Een
minieme verandering in de genen kan daardoor zorgen voor ingrijpende wijzigingen in het organisme.
Het is al langer duidelijk dat de basis van evolutie, en dus van biodiversiteit, ligt in het DNA van organismen. Nu het erfelijk materiaal van diverse organismen is
ontrafeld, zien we steeds duidelijker dat de complexiteit van een organisme geen gelijke tred houdt met het aantal genen. Ook zijn er weinig of geen genen
specifiek voor een bepaalde soort, althans binnen het dierenrijk. De evolutie binnen het dierenrijk lijkt een kwestie van een groot aantal kleine verschuivingen,
mutaties met beperkte gevolgen, en niet van ‘nieuwe genen’.
antennapedia/proboscipedia D Melanogaster head
http://tsjok45.multiply.com/photos/album/892http://www.sdbonline.org/fly/aimain/images.htm
frontal view of mutant antennapedia/proboscipedia head
http://www.sdbonline.org/fly/aimain/antp-pb-head.jpg
Labial palps are transformed into prothoracic (first thoracic segment) legs and antenna are transformed into metathoracic (second) legs.
4 / 16
D Melanogaster wild-type head.
http://tsjok45.multiply.com/photos/album/892http://www.sdbonline.org/fly/aimain/images.htm
frontal view of wild-type head
http://www.sdbonline.org/fly/aimain/wild-type-head.jpg
Fruitvlieg met poten op zijn kop
5 / 16
Drosophila melanogaster head.
Gewone fruitvlieg
Een mutatie kan zorgen dat een gen voor een iets ander eiwit codeert. Ook kan een mutatie iets aan de expressie van een gen veranderen - dat wil zeggen dat het
gen actief is op een andere plaats of op een ander tijdstip (van de embryologische ontwikkeling bijvoorbeeld).
Naast die kleine veranderingen zijn er echter ook mutaties bekend die echt dramatische gevolgen hebben voor de morfologie van een organisme.
Zo ingrijpend dat ze het voorstelbaar maken dat 챕챕n enkele mutatie soms verantwoordelijk is voor een grote stap in evolutie. Zulke mutanten kennen we vooral in
de ontwikkelingsbiologie. De bekendste zijn de homeotische mutanten die zorgen voor spectaculaire afwijkingen waarbij lichaamsdelen op de verkeerde plaats zijn
gelokaliseerd. Bekend voorbeeld is de Antennapedia-mutant, een fruitvlieg met poten op zijn kop.
Geleedpotigen (inclusief de insecten en bijvoorbeeld de duizendpoten) zijn gesegmenteerde dieren, dat wil zeggen dat ze vanaf een vroeg embryonaal
stadium bestaan uit een aantal gerepeteerde basiseenheden. Bij de duizendpoot blijven de meeste van die segmenten hetzelfde, maar bij de insecten, die later in
de evolutie zijn ontstaan, ontwikkelen zich verschillen in de segmenten, die aanvankelijk identiek leken. Uit één segment groeit bijvoorbeeld een paar vleugels, uit
een ander een paar achterpoten, enzovoort. Bij de fruitvlieg zijn, door middel van analyse van mutanten, genen ontdekt die een functie hebben bij het
segmentatieproces zelf en genen die‘een identiteit geven’ aan de segmenten. Die laatste zijn de hox-genen. Zij maken vroeg in de embrygonese op moleculair
niveau het beslissende verschil uit tussen bijvoorbeeld een thorax-segment (borstkas) en een abdominaal segment (buik).
Een stuk of acht van deze hox-genen liggen in een groepje (een cluster) bij elkaar in het insectengenoom. Deze genen lijken op elkaar ook al verschillen ze in
structuur. Het belangrijkste verschil zit echter in de plaats waar ze actief zijn ofwel hun ‘expressiepatroon’. Elk gen is specifiek actief in één of een beperkt aantal
segmenten. Die hox-expressie vormt een code die aangeeft: ‘dit is het thorax-segment waar vleugels en het middelste paar poten uit gaan groeien’ of ‘dit is een
kop-segment waar de antennes ontstaan’. Bij duizendpoten zijn er veel segmenten met dezelfde code.
Bij de Antennapedia-mutant is een groot stuk fruitvlieg-DNA omgedraaid waardoor het ‘Antennapedia hox-gen’ in alle segmenten aan staat. Normaliter staat het
alleen aan in het segment waaruit het middelste van de drie paar poten moeten groeien. Zo komt het dat er
geen antennes maar poten groeien op de kop van de betrokken vlieg. Het verschil tussen een poot en een
antenne heeft waarschijnlijk met de
activiteiten van veel genen te maken, maar die ene fout in de regulering is genoeg om - alsof er een
schakelaar is omgezet - een heel programma te activeren dat uiteindelijk zorgt voor het maken van een paar
poten.
Wervelkolom
Hox-genen bestaan niet alleen bij vliegen, maar bij alle dieren die erop zijn onderzocht. Bij gewervelde dieren
zijn er meerdere clusters die zo op elkaar lijken dat ze kennelijk via duplicaties zijn ontstaan. Hun functie is het
best onderzocht bij de 39 hox-genen van de muis. De muis is niet gesegmenteerd op de manier waarop
geleedpotigen dat zijn maar toch is er een duidelijke overeenkomst in functie, namelijk het geven van een
specifieke identiteit aan structuren die als gerepeteerde eenheden beginnen. Het beste voorbeeld om dit te
illustreren is de wervelkolom.
Vroeg tijdens de embryogenese vormen zich de somieten, blokken van mesoderm (het embryonale weefsel waar spieren, pezen, botten en andere weefsels uit
ontstaan). Wervels (maar ook veel spieren en huid) zijn afkomstig van deze somieten die wel wat aan segmenten doen denken. Geen twee wervels in een zoogdier
zijn aan elkaar gelijk. Tussen nekwervels (geen ribben) en borstwervels (wel ribben) is het verschil gemakkelijk te zien. Toch zijn de somieten onder de microscoop
niet van elkaar te onderscheiden. Net als bij de insecten zien we wel verschillen in de genen die tot expressie komen per segment. Het resultaat is dat er net als bij
de vlieg een hox-code lijkt te ontstaan: op verschillende niveaus langs de lichaams-as (‘de antero-posterieure as’) zijn verschillende combinaties van genen actief.
In muismutanten waarin door verandering in hun regulatie de hox-expressie naar achteren is verschoven, blijkt ook de overgang van nek- naar borstwervels
verschoven. Normaal zijn er zeven nekwervels bij zoogdieren, nu zijn er acht of meer wervels zonder ribben (de definitie van een nekwervel) voor de borstkas. De
omgekeerde proef is ook gedaan, onder andere in ons laboratorium. In deze muisembryo’s werd de expressie van een hox-gen naar voren geschoven en groeiden
er ribbetjes uit de zevende halswervel; niet zo bizar als de kop-poten vanAntennapedia maar toch een teken dat de hox-genen van vlieg en muis analoog werken.
Dat zegt nog niets over de rol van hox-genen in de evolutie. Om het begin van een antwoord te geven, kijken we naar hox-expressie in verschillende diersoorten.
Verschillende onderzoekers hebben hox-expressie in zoogdieren en vogels
16 / 16
Whole-mount antibody staining showing Hox gene expression in python and chick embryos
Anterior is at the top in a and c–h, and at bottom in b. Positive signal is indicated by darkly stained cells. a, HOXC8 expression is restricted to thoracic region in chick embryo at stage 25. Arrow,
anterior and posterior boundaries; arrowhead, boundary between strong and weak expression. b–d, Expression of HOXC8 throughout the trunk of python embryos at one day incubation. b,
HOXC8 expression (arrowheads) extends posteriorly to level of hindlimb bud (hlb). Dashed line marks the sharp posterior expression boundary. c, d, Anterior HOXC8 expression in cleared (d)
and uncleared (c) python embryos. Segmental pattern of expression (arrowheads) is detected in prevertebrae up to the anterior limit of the axial skeleton (arrows). e, HOXC6 expression in a
python embryo. Segmental expression (arrowheads) is detected throughout the entire trunk posterior to the head, which has been removed, in a pattern similar to HOXC8. f, g, HOXB5
expression detected throughout trunk of python embryo, with sharp anterior boundary of expression in neural tube at the junction of the spinal cord and hindbrain (arrow in g). f, Anterior
boundaries of expression domains (arrows) in neural tube (N), paraxial (P) and lateral plate (L) mesoderm are in register with one another. h, Schematic diagram comparing expression domains
of HOXB5 (green), HOXC8 (blue) and HOXC6 (red) in chick and python embryos. Broken line at anterior and posterior extremes of red line indicates lack of certainty about precise limits of
HOXC6 expression. Expansion of HOXC8 and HOXC6 domains in python correlates with expansion of thoracic identity in axial skeleton and flank identity in lateral plate mesoderm.
http://www.nature.com/nature/journal/v399/n6735/fig_tab/399474a0_ft.html
kippen en muizen hebben dezelfde hox-genen, maar ze komen op een andere manier tot expressie. De grens tussen nek- en ribwervels verschilt daardoor
(met name muis versus kip) vergeleken. Een kip heeft meer halswervels dan een muis, maar een opvallend resultaat was dat de expressiegrens van een
aantal hox-genen (onder andere het hoxc6-gen) in beide diersoorten de overgang van nek naar borstwervel aangeeft. Eigenlijk zouden we moeten zeggen
de toekomstige overgang, want het gaat om genactiviteit in embryonale somieten en niet in de wervels zelf.
De vergelijkingen tussen vogels en zoogdieren en de afwijkingen in mutanten leverden nog een opmerkelijke vondst op: dezelfde code die de nek-borst overgang
aangeeft, lijkt ook de plaats aan te geven in de wervelkolom waar de voorpoten (of vleugels) ontstaan. Hierbij moet men bedenken dat de genoemde hoxexpressiegrenzen in de somieten meestal gewoon doorlopen in het weefsel ernaast (het ‘laterale mesoderm’) waar de pootjes uitgroeien.
Eenzelfde verhaal gaat op voor de expressiegrenzen van andere hox-genen en de plaats waar de achterpoten ontstaan. Die plaats valt samen met een overgang
van de ‘lumbale’ wervels (de voorste rugwervels zonder ribben) naar het sacrum (de gefuseerde wervels die het heiligbeen vormen).
Om te onderzoeken of deze overeenkomsten meer dan toeval zijn, kwamen Engelse onderzoekers op het idee om de situatie te bekijken in dieren met een heel
bijzondere wervelkolom: de slangen. Slangen hebben een zeer groot aantal gelijkvormige borstwervels en hoogstens één nekwervel, een ‘atlas’. Uit analyse
van hox-expressie in slangenembryo’s blijkt dat, in overeenstemming met de theorie, de hoxc6-expressie helemaal naar voren is geschoven. Veel somieten in de
slang hebben dezelfde hox-code (wat een beetje doet denken aan de situatie bij de duizendpoot!).
15 / 16
Morphology of python axial and appendicular skeleton.
Anterior is to the left. a, b, e, Alcian blue and Alizarin red stained skeletal preparation of python embryo at 24 days of incubation. Arrows mark position of hindlimb rudiments, which have been
removed to improve visibility of vertebrae. a, Lateral view of complete skeleton. Note homogeneity of vertebrae anterior to arrow. b, High-power ventral view of anterior axial skeleton and base
of skull. Atlas lacks ribs (arrowhead) and hypopophyses (bracketed), which extend ventrally from 64 vertebral bodies posterior to atlas. c, Ventral view of python embryo at 14 days of incubation
stained with Alcian green to reveal skeletal pattern. The pelvis is visible within the body wall and short femora protrude from the body wall. d, Skeletal preparation of hindlimb and associated
pelvis dissected from embryo shown in c. Femur and all three elements of pelvic girdle are present (pubis, ilium and ischium). e, Skeletal preparation showing cloacal region of python embryo at
24days of incubation. Arrow indicates position of the hindlimb (removed) relative to axial skeleton. Hindlimb position corresponds to a transitional vertebra with intermediate morphology (arrow),
separating vertebrae with large, movable ribs (left) from vertebrae with lymphapophyses in cloacal region (right, with asterisks). f, Scanning electron micrograph of left limb bud and trunk of
python embryo at 4days of incubation. Hindlimb bud (hlb; red) lies dorsal to the paired genital tubercles (gt; blue) which develop on the left and right margins of the cloaca. g,Scanning electron
micrograph of python embryo at 24 days of incubation showing left hindlimb (red); interface between morphologically distinct dorsal scales (d) and ventral belly scales (v), marked by dashed
line.
http://www.nature.com/nature/journal/v399/n6735/fig_tab/399474a0_F1.html
http://www.nature.com/nature/journal/v399/n6735/fig_tab/399474a0_ft.html
Het skelet van een python heeft meer dan driehonderd wervels, vrijwel allemaal met een rib. Hij heeft maar één nekwervel, de atlas. Op dit punt vinden wij bij de slang
de expressiegrens van hox-genen die in zoogdieren de overgang van nek naar borst aangeeft. Bij gebrek aan een normale nek-borstovergang heeft de slang geen
voorpoten.
Bovendien heeft een slang, bij gebrek aan een normale nek-borstovergang, inderdaad geen voorpoten! Dat mag misschien een wat goedkope manier lijken om
verbanden te leggen, maar de situatie bij de achterpoten maakt het verhaal nog plausibeler. Pythons zijn primitieve slangen die aan hun achterkant niet alleen
borstwervels met ribben hebben maar ook een overgang naar een ander soort wervels. Bij deze overgang blijken pythons rudimentaire pootjes te hebben (die
waarschijnlijk zelfs nog een functie hebben bij het liefdesleven van deze dieren als het mannetje het vrouwtje bestijgt). De ‘Colubroidea’, waartoe onder andere de
ringslang behoort, hebben daarentegen tot aan het puntje van hun staart vrijwel alleen maar borstwervels, en hier ontbreekt ieder spoor van achterpootjes.
Poten en vinnen
Insecten en wormen hebben 챕챕n hox-cluster, terwijl vissen, vogels, en zoogdieren er vier of meer hebben, door duplicaties van delen van hun genoom. Hierdoor
ontstaat een zekere flexibiliteit: als er twee genen met dezelfde functie zijn, kan er één langzamerhand een andere functie krijgen terwijl het andere de ‘oude’
functie blijft verzorgen. Dat is een bekend thema in de moleculaire evolutie.
Het precieze gevolg van meer clusters is moeilijk te bepalen, maar het ligt voor de hand dat de hox-code met meer clusters complexer en subtieler kan zijn.
Bovendien kunnen de verschillende clusters ieder een eigen rol gaan spelen. Hox-genen zijn bijvoorbeeld nieuwe functies gaan spelen tijdens evolutie van zeenaar landvertebraten.
De pootknoppen van een vis en een muis zijn nauwelijks te onderscheiden in een zeer vroeg embryo; de hox-patronen evenmin. Toch krijgt de vis vinnen en de
muis poten. Een poot verschilt vooral van een vin doordat hij een hand of een voet heeft. Dit verschil komt overeen met een extra hox-patroon aan het uiteinde van
de muizenpoot, dat ontstaat in het embryo als er anatomisch nog weinig te zien is.
Onderzoekers denken dat de ontwikkeling van handen en voeten een gevolg is van het ontstaan van dit nieuwe expressiegebied. Zowel bij muizen als bij mensen
leiden mutaties in bepaalde hox-genen tot ernstige pootafwijkingen. De ontwikkeling van handen en voeten zou het resultaat zijn van het ‘annexeren’ door een hoxcluster van een regelelement buiten de cluster en ni챕t door het uitvinden van nieuwe genen. Genen die hun waarde al hadden bewezen en die bovendien gewoon
doorgaan hun oude functie te vervullen in de rest van het lichaam, krijgen een nieuw expressiepatroon. Het lijkt of we hier een glimp opvangen van hoe de evolutie
(soms) werkt.
Regulatie vàn en dóór hox-genen
Hox-genen coderen voor transcriptiefactoren (een soort eiwitten). Een deel van deze eiwitten, het ‘homeodomein’, zorgt voor binding aan specifieke
basenvolgorden in het DNA. Die binding regelt dat nabij gelegen genen aan (of misschien juist uit) staan. Die DNA-sequentie fungeert dus als een schakelaar en
de transcriptiefactor is in staat om de schakelaar om te zetten. Het product van een hox-gen kan dus gevolgen hebben voor de activiteit van een groot aantal
‘doelwitgenen’ in dezelfde cel.
Dit roept de vraag op hoe de hox-genen zèlf worden gereguleerd. Dat de genen ‘geclusterd’ zijn maakt het waarschijnlijk gemakkelijker om de expressie te
coördineren. Er is redelijk veel bekend over deze ‘regulatie van de regelgenen’. Moeizaam werk in vele laboratoria heeft veel
verschillende regelelementen ge챦dentificeerd. Voor dit artikel is van belang dat sommige van die elementen binnen de cluster liggen en andere op (grote) afstand
van de cluster. Het is voorstelbaar dat in de evolutie een regelelement toevallig in de buurt van een gen komt en zo een nieuw aspect aan het expressiedomein van
een bestaand gen toevoegt, zodat het een nieuwe functie krijgt.
Van muis en mens
Bij mensen met ledemaatafwijkingen zijn natuurlijke mutaties in hox-genen ontdekt. Een mutatie van hoxd13 veroorzaakt erfelijke aandoeningen aan handen en voeten,
bestaande uit gedeeltelijke fusies tussen of vreemde vertakkingen van vingers en tenen. De muizen hebben ditzelfde gen. Bij een mutatie in een muis werden net zulke
afwijkingen gevonden.
De vreemde fusies tussen vingers en tenen. Die congenitaal aangelegd zijn. Worden ook wel syndactelie of polydactelie genoemd. Als twee vingers aan elkaar
vast zitten wordt er gesproken over een syndactelie. Dit kan in allerlei gradaties voorkomen. Alleen de toppen noemt men acrosyndactelie. Als alle vingers
vergroeid zijn dan spreekt men van een lepelhand, dit ziet men bij het syndroom van Apert ( de acrocefalosyndactelie). Ook kent men het syndroom van Poland (
symbrachidactylie), dit zijn te korte vingers. Binnen dit syndroom ontbreekt de pectoralis major (grote borstspier). Bij meisjes mist veelal aan één kant een borst.
Onvoldoende differentiatie van spieren, ligamenten en kapsels is tevens bekend bij Poland.
Het handskelet kan verder in aanleg verdubbelen. Een dubbele duim (blanken) of een dubbele pink (vaak negroiden).
Polydactylie
---> Polydactylie is het gevolg van een vrij frequent voorkomende groep van
"spontane "mutatie in het genetische materiaal van de gameten
( voor verdere details zie )http://humgen.med.uu.nl/meetings/ugs/Abstracts/Heutink11102001.html
--->Polydactylie word ook als zodanig autosomaal (= niet geslachtsgebonden , zoals bijvoorbeeld wel hemophilie ) doorgegeven aan het nageslacht
---->Polydactylie is nogal gemeengoed in negroide volkeren ( 1 op 1000 )
Polydactylie is niet alleen bij mensen maar ook bij andere zoogdieren als genetische mutant aanwezig ….
Bij mensen bestaan er verschillende soorten van polydactylie
…….(= Meer vingers (of tenen) dan
normaal. )
waarbij vooral de preaxiale vormen(= preaxiaal wanneer de extra vinger aan de kant van de duim of radius zit of de extra teen aan de kant van de grote teen. )
meestal wel symptonen zijn van begeleidende en wel degelijk schadelijke(verschillende ) syndromen …
De postaxiale vormen schijnen neutraal … (Bij postaxiale polydactylie is er een extra vinger aan de kant van de pink of ulna of een extra teen aan de kant van de
kleine teen. : Bij de mildste vorm van postaxiale polydactylie is er een huidaanhangsel aan de pink of kleine teen (postminimus type).)
(voor verdere info zie ook -)
http://www.erfocentrum.nl/arts/zena/polyd_arts.php
8 / 16
Polydactylie /zes vingers
La polydactylie est une anomalie génétique caractérisée par la présence de doigts surnuméraires aux mains ou aux pieds. Elle peut être associée à d'autres malformations.
Polydactylie « Le monde est ailleurs »
Québec, Canada 2000
http://www.meanomadis.com/content/show_articles.asp?ID=115
Polydactylie harmonieuse – pas de gêne évidente.
http://www.jle.com/fr/revues/medecine/mtp/e-docs/00/04/01/5C/article.md?fichier=images.htm
http://srvsofcot.sofcot.com.fr/Apcort/CONF/00_73/art14/art14_i.htm
image4.
http://pawpeds.com/pawacademy/general/poly/image4.jpg
Afbeelding 4. (Afbeelding gereproduceerd en auteursrecht behorende aan
Morphology of the feet in polydactyl cats door C.H. Danforth)
http://pawpeds.com/pawacademy/general/poly/index_nl.html
synpolydactyly_phenotype
Synpolydactyly (SPD) phenotype with mutation in HOXD13 (+10 Ala expansion) in heterozygous (left) and homozygous (hand and foot) individuals.
http://www.molgen.mpg.de/research/mundlos/projects_hoxdgenes.html
http://www.molgen.mpg.de/research/mundlos/pics/synpolydactyly_phenotype_fi.jpg
wt_spdh_ mouse -mutant
http://www.molgen.mpg.de/research/mundlos/projects_hoxdgenes.html
Mouse (spdh) mutant
Skeletons of wt (right) and spdh mutant (left) fore limbs.
Note brachydactyly and polydactyly in mutant.
http://www.molgen.mpg.de/research/mundlos/pics/wt_spdh_mutant_fig1.jpg
Katten
Volgens sommigen is deze vorm van mutatie noch schadelijk noch voordelig …
Maar
huiskat rassen
Bij verschillende
(is niet symptomatische of zogenaamde goedaardige polydactylie) wel degelijk de aanleiding tot onstekingen en
ingroeiingen in de voetzool , die bezwaarlijk neutraal voor de “fitness” kunnen worden genoemd … behalve wanneer ze voorkomt bij bepaalde rassen :
Bij sommige kat rassen blijken polydactiele uitrustingen een voordeel –
Sommige kattenbezitters beweren dat polydactiele katten intelligenter zijn en in stedelijke omgevingen veel vlugger geneigd zijn dozen en vuilniszakken te
kraken ….. bovendien zijn ze beter in staat deuren en dergelijke te openen …
Bovendien bestonden erop het amerikaanse plateland ( historisch gedocumenteerde ) kerngezonde polydactiele “boeren”- katten die in staat waren hoger te
springen dan hun normale soortgenoten en eigenlijk over een verbeterde klauw of aldaar een zogenoemde “zware voet “ of “boksklauw” , beschikten waardoor
het vangen van prooien duidelijk was verbeterd … Er zijn meldingen dat deze amerikaanse rassen zelfs beter in staat waren te “vissen” in het wild …
Uiteindelijk gaat het om afstammelingen van succesvolle Engelse kat rassen die als polydactielen uiteindelijk als apart ras (“Maine Coon “) nog steeds worden
verder gekweekt
(--- zie : )
http://www.dynamicats.com/nederlandsepolycoon.htm
Het speciale aan polydactylie is dat afwijking van het primitieve vijf “vinger of tenen “vijf-stralig “vertebraten”-patroon “voor hand of voet plots
“spontaan “ word “uitgebreid “ ( en wel zo een beetje overal in de verschillende vertebraten –groepen opduikt ) men kan dit bezwaarlijk toe
schrijven aan “ degeneratie “ ( = vermindering aan potentieele mogelijkheden of zelfs maar “verlies” aan “genetische informatie “ )
11 / 16
mitten paw
http://pawpeds.com/pawacademy/general/poly/image5.jpg
"mitten paw" (handschoen- of wantpoot, extra teen aan de duimzijde)
http://pawpeds.com/pawacademy/general/poly/index_nl.html
12 / 16
Snowshoe
http://pawpeds.com/pawacademy/general/poly/image6.jpg
"patty feet" of "snowshoe" (extra teen aan de pinkzijde).
http://pawpeds.com/pawacademy/general/poly/index_nl.html