Ryby teleost mają dodatkowe klastry genów Hox ze względu na wspólne lub specyficzne dla linii duplikacji genomu w filogenezie ryb promieniopłetwych (aktynopterygicznych). Stąd, ekstrapolacja między funkcjami genomu teleostów i ludzi, a nawet między różnymi gatunkami ryb jest trudne. Zsekwencjonowaliśmy i przeanalizowaliśmy klastry genów Hox bichira senegalskiego (Polypterus senegalus), żyjącego obecnie przedstawiciela najbardziej podstawowej linii aktynopterygicznej. Bichir posiada cztery klastry genów Hox (A, B, C, D); analiza filogenetyczna wspiera ich ortologię do czterech klastrów genów Hox przodka gnathostoma. Wygenerowaliśmy kompleksową bazę danych konserwatywnych sekwencji niekodujących Hox, które obejmują ryby chrzęstnoszkieletowe, płetwonogie i promieniopłetwe (bichiry i teleosty). Nasza analiza zidentyfikowała domniemane i znane sekwencje cis-regulacyjne Hox z o różnej głębokości ochrony w Gnathostoma. Odkryliśmy, że chociaż bichir posiada cztery klastry genów Hox, jego wzór zachowania sekwencji niekodujących jest mozaikowy między grupami zewnętrznymi, takimi jak człowiek, koelakant i rekin, z czterema klastrami genów Hox i teleostami, takimi jak danio pręgowany i rozdymka, z siedem lub osiem klastrów genów Hox. Warto zauważyć, że klastry genów Hox bichirów zostały zostały zaatakowane przez transpozony DNA, a trend ten jest dalej widoczny u teleostów, sugerując jeszcze nierozpoznany mechanizm ewolucji genomu, który może wyjaśnić plastyczność klastrów Hox u aktynopterygików. Podsumowując, nasze wyniki sugerują że klastry genów Hox u aktynopterygików doświadczyły zmniejszenia selektywnych ograniczeń, które zaskakująco poprzedzają duplikację genomu specyficzną dla teleostów. --- Geny homeotyczne (Hox) są zwykle zgrupowane i ułożone w tej samej kolejności, w jakiej są wyrażane wzdłuż przednio-tylnej osi ciała metazoanów. Mechanistyczne wyjaśnienie mechanistyczne wyjaśnienie tej współliniowości jest nieuchwytne i może się okazać, że pojedyncza i uniwersalna przyczyna nie istnieje. być, że pojedyncza i uniwersalna przyczyna nie istnieje. Kompleks genów Hox (HOM-C) został przestawiony w różny sposób u kilku gatunków Drosophila, tworząc uderzającą różnorodność organizacji genów Hox. Zbadaliśmy genomowe i funkcjonalne konsekwencje dwóch podziałów HOM-C obecnych u Drosophila buzzatii. Po pierwsze, zsekwencjonowaliśmy dwa regiony genomu D. buzzatii, jeden zawierający geny wargowe i brzuszne. zawierający geny wargowe i brzuszne A, a drugi zawierający proboscipedię, oraz porównaliśmy ich organizację z organizacją genomów D. melanogaster i D. pseudoobscura w celu dokładnego w celu dokładnego zmapowania dwóch podziałów. Następnie zidentyfikowano mnóstwo konserwatywnych sekwencji niekodujących sekwencji, które są domniemanymi wzmacniaczami, zostały zidentyfikowane wokół trzech genów Hox bliżej rozłamów. Pozycja i kolejność tych wzmacniaczy są zachowane, z niewielkimi wyjątkami, między trzema gatunkami Drosophila. Wreszcie, przeanalizowaliśmy wzorce ekspresji tych samych trzech genów w zarodkach i dyskach dyskach imaginalnych czterech gatunków Drosophila o różnej organizacji genów Hox. Wyniki pokazują, że ich wzorce ekspresji są zachowane pomimo podziałów HOM-C . Doszliśmy do wniosku, że u Drosophila grupowanie genów Hox nie jest absolutnym wymogiem dla prawidłowego funkcjonowania. wymogiem dla prawidłowego funkcjonowania. Raczej organizacja genów Hox jest modularna, a ich grupowanie wydaje się być wynikiem bardziej filogenetycznej inercji niż funkcjonalnej konieczności. funkcjonalnej konieczności. --- Tylne geny HoxA i HoxD są niezbędne w rozwoju wyrostka robaczkowego. Badania wykazały, że "dystalny wzmacniacz kończyn", zdalnie zlokalizowany przed kompleksem HoxD, jest wymagany do napędzania ekspresji embrionalnych autopodów tylnych genów Hox, jak również dwóch dodatkowych genów nie-Hox w regionie regionu: Evx2 i Lnp. Nasza praca pokazuje podobny tryb regulacji dla Hoxa13 i czterech poprzedzających genów: Evx1, Hibadh, Tax1bp i Jaz1. Wszystkie te geny wykazują embrionalną (E11.5-E13.5) ekspresję dystalnych kończyn i pąków narządów płciowych, co sugeruje istnienie pobliskiego wzmacniacza wpływającego na ekspresję domeny genów. genów. Porównawcza analiza sekwencji między homologiczną ludzką i mysią sekwencją genomową przed Hoxa13 ujawniła odległą 2,25-kb sekwencję niekodującą (mmA13CNS). sekwencję niekodującą (mmA13CNS) w obrębie czwartego intronu genu Hibadh. mmA13CNS dzieli wspólną tożsamość rdzenia 131-bp w obrębie konserwowanej sekwencji niekodującej przed Hoxd13, która znajduje się w obrębie wcześniej zidentyfikowanego dystalnego wzmacniacza kończyn region krytyczny. Aby przetestować funkcję tej konserwatywnej sekwencji, stworzyliśmy myszy transgeniczne mmA13CNS-Hsp86-lacZ. mmA13CNS kierował ekspresją w szerokim zakresie tkanek, w tym w ośrodkowym układzie nerwowym. ekspresji, w tym ośrodkowy układ nerwowy, rozwijającą się tkankę węchową, kończyny i pączki narządów płciowych. Ekspresja pąków kończyn i narządów płciowych kierowana przez mmA13CNS jest nie jest identyczna z wzorcami wykazywanymi przez Hoxa13/Evx1/Hibadh/Tax1bp1/Jaz1, sugerując, że mmA13CNS nie wystarcza do pełnego odtworzenia ich ekspresji w tych tkankach. ekspresji w tych tkankach. Ekspresja ośrodkowego układu nerwowego podobna do Evx1- i Evx2 zaobserwowana u tych myszy sugeruje, że element(y) regulacyjny(e) dalekiego zasięgu dla klastra Hox istniały przed duplikacją klastra. --- Rekonstrukcja ewolucyjnej historii pochodzenia klastrów Hox doprowadzi do wgląd w rozwojowe i ewolucyjne znaczenie klastrów genów Hox w filogenezie kręgowców i ich roli w powstawaniu różnych planów ciała kręgowców. planów ciała kręgowców. Wyizolowaliśmy dwa klastry Hox z rekina rogatego, Heterodontus francisci. Zostały one zsekwencjonowane i porównane ze sobą i z innymi klastrami Hox strunowców. Wyniki pokazują, że jeden z klastrów rekinów rogatych (HoxM) jest ortologiem klastra HoxA ssaków i wykazuje strukturalne podobieństwo do strukturalne podobieństwo do klastra amphioxus, podczas gdy drugi klaster rekina (HoxN) jest ortologiczny do klastra HoxD ssaków w oparciu o organizację klastra i porównanie z sekwencjami niekodującymi i sekwencjami kodującymi genów Hox. The Utrzymywanie się identyfikowalnego klastra HoxA przez 800 milionów lat rozbieżności czas pokazuje, że klastry genów Hox są wysoce zintegrowanymi i wysoce zintegrowane i ustrukturyzowane jednostki genetyczne. Przedstawione tutaj dane identyfikują wiele niekodujących sekwencji zachowanych przez 800 milionów lat, które mogą funkcjonować jako genetyczne motywy kontrolne motywy kontrolne istotne dla procesu rozwoju. --- Obecnie wiadomo, że w genomie istniały cztery klastry genów Hox ostatniego wspólnego przodka istniejących gnatostomów. Aby lepiej zrozumieć ewolucję organizacji i ekspresji tych regionów genomowych, zbadaliśmy zbadaliśmy klastry genów Hox rekina (Scyliorhinus canicula). Zsekwencjonowaliśmy 225 580 znaczników sekwencji ekspresyjnej z kilku embrionalnych bibliotek cDNA. Wyszukiwanie zidentyfikowano transkrypty odpowiadające prawie wszystkim genom klastrów HoxA, HoxB i HoxD. Nie zidentyfikowano transkryptu HoxC, co sugeruje, że ten klaster klaster jest nieobecny lub wysoce zdegenerowany. Wykorzystując sekwencje genów Hox jako sondy wybraliśmy i zsekwencjonowaliśmy siedem klonów z bakteryjnej biblioteki sztucznych chromosomów obejmujących kompletny region trzech klastrów genów. Mapowanie cDNA do tych sekwencji genomowych wykazało rozległe alternatywne splicing i alternatywne splicing i współdzielenie nieulegających translacji eksonów między sąsiednimi genami Hox. Homologicznych niekodujących nie mogły zostać zidentyfikowane w transkryptach innych gatunków przy użyciu sekwencji sekwencji. Jednakże, porównując zachowane sekwencje niekodujące przed tych eksonów u różnych gatunków, byliśmy w stanie zidentyfikować homologię między niektórymi eksonami. Niektóre alternatywne warianty splicingu są prawdopodobnie bardzo stare i były już już kodowane przez przodków klastra genów Hox. Zidentyfikowaliśmy również kilka transkryptów, które nie kodują białek Hox, prawdopodobnie nie są tłumaczone, a wszystkie oprócz jednego są w odwrotnej orientacji do genów Hox. To badanie transkryptomu klastrów genów Hox rekina pokazuje, że wysoka złożoność obserwowana u ssaków jest cechą przodków gnathostoma. --- Porównanie sekwencji DNA między ewolucyjnie odległymi genomami pozwalają na identyfikację konserwatywnych regionów funkcjonalnych w niekodującym DNA. Geny Hox są wysoce konserwatywne u kręgowców, występują w klastrach i są nieprzerwane przez inne geny. Wyrównaliśmy (PipMaker) sekwencje nukleotydowe klastrów klastrów HoxA tilapii, rozdymki, okonia pręgowanego, danio pręgowanego, rekina rogatego, człowieka i myszy, które dzieli około 500 milionów lat ewolucji. ewolucji. Na poparcie naszego podejścia, kilka zidentyfikowanych domniemanych elementów regulacyjnych znanych z regulacji ekspresji genów Hox. Większość Większość nowo zidentyfikowanych domniemanych elementów regulatorowych zawiera krótkie fragmenty, które są prawie całkowicie konserwowane i są identyczne ze znanymi miejsca wiązania białek regulatorowych (baza danych Transfac). Regulacyjne regiony międzygenowe zlokalizowane między genami, które ulegają ekspresji najbardziej przednio w zarodku są dłuższe i najwyraźniej bardziej ewolucyjnie konserwowane niż te na drugim końcu klastrów Hox. Różne przypuszczalne sekwencje regulatorowe są zachowane w zduplikowanych klastrach Hox Aalpha lub Abeta w liniach ryb. u ryb. Sugeruje to, że zachowane elementy są zaangażowane w różne sieci regulacyjne genów i wspiera model duplikacji-delecji-uzupełnienia model funkcjonalnej dywergencji zduplikowanych genów. --- Cyklostomy, obejmujące kręgowce bezszczękowe, takie jak minogi i jastrzębie, są siostrzaną grupą żyjących kręgowców szczękowych (gnathostomes), a tym samym ważną grupą dla zrozumienia pochodzenia i różnorodności kręgowców. W kręgowców i innych metazoanów, geny Hox determinują los komórek wzdłuż osi przednio-tylnej zarodka. przednio-tylnej osi zarodków i są zaangażowane w napędzanie morfologicznej różnorodności. różnorodność morfologiczną. Bezkręgowce zawierają pojedynczy klaster Hox (nienaruszony lub pofragmentowane), podczas gdy rekin słoniowy, koelakant i czworonogi zawierają cztery klastry Hox dzięki dwóm rundom duplikacji całego genomu ("1R" i "2R") podczas wczesnej ewolucji kręgowców. wczesnej ewolucji kręgowców. Dla kontrastu, większość ryb teleost zawiera do ośmiu klastrów Hox z powodu dodatkowej "specyficznej dla teleostów" duplikacji genomu wydarzenie. Poprzez sekwencjonowanie klonów sztucznego chromosomu bakteryjnego (BAC) i całego genomu genomu, dostarczamy dowodów na istnienie co najmniej sześciu klastrów Hox u minoga japońskiego minoga japońskiego (Lethenteron japonicum). Sugeruje to, że linia minogów doświadczyła dodatkowej duplikacji genomu po 1R i 2R. Względny wiek paralogów minoga i człowieka potwierdza tę hipotezę. W porównaniu z klastrami Hox gnatostomów, klastry Hox minogów są niezwykle duże. Kilka konserwowane elementy niekodujące (CNE) zostały przewidziane w klastrach Hox minoga, rekina słoniowego i człowieka. Transgeniczny test zebrafish wskazał na potencjał CNE do działania jako wzmacniacze. Co ciekawe, CNE w poszczególnych klastrach Hox minoga są często konserwowane w wielu klastrach Hox w rekin słoniowy i człowiek, co sugeruje relację ortologii wiele do wielu między klastrami Hox minoga i gnathostoma. Taki związek sugeruje, że pierwsze dwie rundy duplikacji genomu mogły wystąpić niezależnie u liniach minogów i gnathostome. --- Sekwencjonowaliśmy i analizowaliśmy klastry genów Hox rekina słoniowego, holocefalicznej ryby chrzęstnoszkieletowej. holocefalicznej ryby chrzęstnoszkieletowej. Rekin słoniowy posiada 4 klastry Hox z 45 genami Hox, które zawierają ortologi dla większej liczby starożytnych genów Hox gnathostome Hox niż 4 klastry u czworonogów i nadliczbowe klastry u ryb teleostatycznych. ryb teleost. Analiza filogenetyczna genów Hox rekina słoniowego z 7 paralogicznych grup, które zawierają wszystkich 4 członków, wskazała na topologię ((AB)(CD)) dla kolejności duplikacji klastrów Hox, zapewniając wsparcie dla hipotezy 2R (tj. 2 rundy duplikacji całego genomu podczas wczesnej ewolucji kręgowców). ewolucji kręgowców). Porównanie niekodujących sekwencji klastrów Hox słonia rekina i ludzkich klastrów Hox zidentyfikowały dużą liczbę zachowanych niekodujących elementów (CNE), które reprezentują domniemane elementy cis-regulacyjne, które mogą być zaangażowane w regulację genów Hox. Co ciekawe, u fugu ponad 50% tych starożytnych CNE rozeszło się poza rozpoznawanie w zduplikowanych (HoxA, HoxB i HoxD), jak również w pojedynczych (HoxC) klastrach Hox. Co więcej, b-paralogi zduplikowanych klastrów fugu Hox są praktycznie praktycznie pozbawione unikalnych starożytnych CNE. W przeciwieństwie do klastrów Hox fugu, klastry Hox rekina słoniowego i ludzkie klastry Hox straciły mniej starożytnych CNE. Jeśli te starożytne CNE są rzeczywiście enhancerami kierującymi specyficzną tkankowo ekspresją genów Hox, dywergencja ich sekwencji w liniach kręgowców mogła doprowadzić do zmiany wzorców ekspresji i prawdopodobnie funkcji związanych z nimi genów Hox. --- Pojedynczy klaster Hox amphioxus zawiera 15 genów i może przypominać przodków strunowców. Sekwencjonowaliśmy genomowe uzupełnienie Hox europejskiego płaza Branchiostoma lanceolatum i porównaliśmy go z amerykańskim gatunkiem Branchiostoma floridae, poprzez filogenetyczne footprinting, aby uzyskać wgląd w ewolucję regulacji genów Hox u strunowców. Odkryliśmy, że regiony międzygenowe Hox są w dużej mierze zachowane między dwoma gatunkami płazów, szczególnie w przypadku genów zlokalizowanych w 3' klastra, co jest trendem zaobserwowany wcześniej u kręgowców. Następnie porównaliśmy klaster Hox z ludzkimi klastrami HoxA, HoxB, HoxC i HoxD, znajdując kilka konserwowanych regionów niekodujących, zarówno w regionach międzygenowych, jak i intronowych. To sugeruje, że regulacja genów Hox jest wysoce konserwatywna u strunowców, zgodne z podobnymi wzorcami ekspresji Hox u kręgowców i płazów. --- Badanie klastrów i genów Hox zapewnia wgląd w ewolucję genomowej regulacji rozwoju. genomowej regulacji rozwoju. Ryby promieniopłetwe (Actinopterygii, Teleostei), takie jak danio pręgowany i rozdymka, posiadają zduplikowane klastry Hox, które przeszły znaczną ewolucję sekwencji. Czy te zmiany są związane z duplikacją (duplikacjami), która wytworzyła dodatkowe klastry Hox, jest nierozwiązane, ponieważ porównanie z liniami podstawowymi jest niedostępne. Sekwencjonowaliśmy i przeanalizowaliśmy klaster HoxA bichira (Polypterus senegalus), filogenetycznie podstawowej linii filogenetycznie podstawowego aktynopteryga. Niezależne linie dowodów wskazują że bichir ma jeden klaster HoxA, który jest mozaikowy w swoich wzorcach niekodującej sekwencji konserwacja sekwencji i retencja genów w stosunku do klastrów HoxA człowieka i rekina oraz klastrów HoxAalfa i HoxAbeta danio pręgowanego, rozdymkowatych i okonia pręgowanego. labraksa. Sekwencje niekodujące klastra HoxA zachowane między bichir i euteleostami wskazują, że nowe cis-sekwencje zostały nabyte w pniu Aktinopterygians i zachowane po duplikacji klastra. Stąd w najwcześniejszych aktynopterygików ewolucja pojedynczego klastra HoxA była już bardziej bardziej dynamiczna niż u człowieka i rekina. Tendencja ta osiągnęła szczyt wśród teleostów po duplikacji klastra HoxA duplikacji klastra.
Opisać udział konserwatywnych sekwencji niekodujących w regulacji genów Hox.
Porównanie niekodujących sekwencji klastrów Hox rekina słoniowego i człowieka pozwoliło zidentyfikować dużą liczbę konserwowanych elementów niekodujących (CNE), które reprezentują domniemane elementy cis-regulacyjne, które mogą być zaangażowane w regulację genów Hox.  Paralogi b zduplikowanych klastrów fugu Hox są praktycznie pozbawione unikalnych starożytnych CNE.  Klastry Hox rekina słonia i człowieka straciły mniej starożytnych CNE. Jeśli te starożytne CNE są rzeczywiście wzmacniaczami kierującymi specyficzną tkankowo ekspresją genów Hox, rozbieżność ich sekwencji w liniach kręgowców mogła doprowadzić do zmienionych wzorców ekspresji i prawdopodobnie funkcji związanych z nimi genów Hox.  Porównując klaster Hox amfioxusa z ludzkimi klastrami HoxA, HoxB, HoxC i HoxD, stwierdzono, że mają one kilka konserwatywnych regionów niekodujących, zarówno w regionach międzygenowych, jak i intronowych. Sugeruje to, że regulacja genów Hox jest wysoce konserwatywna u strunowców, co jest zgodne z podobnymi wzorcami ekspresji Hox u kręgowców i płazów.