Ген пробела — это тип гена, участвующего в развитии сегментированных эмбрионов некоторых членистоногих . Гены пробела определяются эффектом мутации в этом гене, которая вызывает потерю смежных сегментов тела, напоминая пробел в нормальном плане тела. Каждый ген пробела, таким образом, необходим для развития части организма.
Гены Gap были впервые описаны Кристианой Нюсляйн-Фольхард и Эриком Вишаусом в 1980 году. [1] Они использовали генетический скрининг для идентификации генов, необходимых для эмбрионального развития плодовой мушки Drosophila melanogaster . Они обнаружили три гена — knirps, Krüppel и hunchback — где мутации вызывали делецию определенных участков сегментов. Более поздняя работа выявила больше генов gap в раннем эмбрионе Drosophila — giant , huckebein и tailless . [2] [3] Дополнительные гены gap, включая orthodenticle и buttonhead, необходимы для развития головы Drosophila .
После того, как гены gap были идентифицированы на молекулярном уровне, было обнаружено, что каждый ген gap экспрессируется в полосе на раннем этапе развития эмбриона, которая обычно коррелирует с областью, отсутствующей у мутанта. [4] [5] У Drosophila гены gap кодируют факторы транскрипции и напрямую контролируют экспрессию другого набора генов, участвующих в сегментации, генов парного правила . [6] [7] Сами гены gap экспрессируются под контролем генов материнского эффекта , таких как bicoid и nanos , и регулируют друг друга для достижения своих точных моделей экспрессии.
Экспрессия tailless активируется белком torso в полюсах эмбриона. Tailless также регулируется сложным образом геном материнского эффекта bicoid.
Оба белка hunchback, транскрибированный эмбрионально и транскрибированный материнским путем, активируются белком bicoid в передней части и ингибируются в задней части белком nanos. Белок hunchback, транскрибированный эмбрионально, способен оказывать такое же воздействие на Krüppel и knirps, как и транскрибированный материнским путем hunchback.
Ген Krüppel активируется, когда градиент белка bicoid резко снижается в центральной части эмбриона. Krüppel регулируется пятью регуляторными белками: bicoid, hunchback, tailless, knirps и giant. Krüppel ингибируется высокими уровнями hunchback, высокими уровнями giant и tailless, что устанавливает переднюю границу экспрессии Krüppel. Krüppel также ингибируется knirps и активируется низкими уровнями bicoid и низкими уровнями hunchback, что устанавливает заднюю границу экспрессии Krüppel.
Ген knirps, по-видимому, активируется спонтанно. Он подавляется hunchback. Репрессия Hunchback, таким образом, определяет переднюю границу гена knirps. Из-за более эффективного ингибирования гена knirps hunchback, knirps экспрессируется более сзади в эмбрионе по сравнению с Krüppel. Белок Tailless ингибирует экспрессию гена knirps в задней части эмбриона, позволяя белку knirps экспрессироваться только в центральной части эмбриона (но более сзади по сравнению с Krüppel). Это связано со способностью как hunchback, так и tailless связываться с областями энхансера knirps.
Гены gap кодируют факторы транскрипции, которые регулируют экспрессию генов парного правила и гомеозисных генов [8], конкурируя за связывание с их энхансерными областями. Было показано, что экспрессия гена gap в бластодерме Drosophila проявляет свойство, называемое канализацией, свойство развивающихся организмов производить постоянный фенотип, несмотря на вариации генотипа или окружающей среды. Было высказано предположение, что канализация является проявлением перекрестной регуляции экспрессии генов gap и может пониматься как возникающая из действий аттракторов в динамической системе генов gap. [9]