Patterning and cell differentiation in Hydra: novel genes and the limits to conservation

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In the last few years more than 100 genes have been identified from Hydra, and well over 80 have been characterized. Since most genes are homologs of genes found in bilaterians, the genetic mechanisms for axial patterning and cell differentiation are evolutionarily conserved. This constitutes something of a paradox. If key developmental-control genes are the same in Hydra and all other organisms, how does one account for the marked differences in development and morphology of the different animal groups? How are taxon-specific features encoded? To examine whether in Hydra, in addition to conserved mechanisms, there are genetic features that control uniquely taxon-specific (Hydra/Hydrozoa/Cnidaria) aspects, we used an experimental strategy that does not require sequence data from related taxa. By means of this unbiased ("knowledge-independent") approach we have identified genes from Hydra encoding signal molecules and effector genes with no sequence similarity to genes in other organisms. When tested functionally, the novel genes were found to be essential for axial patterning and differentiation of Hydra-specific characteristics. Experimental analysis of the cis-regulatory apparatus of these novel genes reveals target sites for novel trans-acting factors. The use of unbiased screening approaches for several other organisms also reveals a large number of novel and taxon-specific genes of as yet unknown function. Thus, comparative data alone may not be sufficient for gaining a full understanding of the development of taxon-specific characteristics.

Au cours des dernières années, plus de 100 gènes ont été identifiés chez Hydra et plus de 80 ont été caractérisés. Comme la plupart de ces gènes sont des homologues de gènes trouvés chez les organismes bilatéraux, les mécanismes qui régissent l'organisation axiale et la différenciation des cellules sont préservés au cours de l'évolution, ce qui constitue en quelque sorte un paradoxe. Si les gènes responsables du développement sont les mêmes chez Hydra que chez tous les autres organismes, comment peut-on alors expliquer les différences évidentes dans le développement et la morphologie chez les divers groupes d'animaux? Comment les caractéristiques spécifiques aux taxons sont-elles codées? Pour examiner si, en plus des mécanismes conservés, il existe chez Hydra des caractères génétiques qui contrôlent des aspects tout à fait particuliers aux taxons (Hydra/Hydrozoaires/Cnidaires), nous avons adopté une stratégie expérimentale qui ne requiert pas de données de séquençage des taxons apparentés. Cette approche neutre ( indépendante de connaissances antérieures) nous a permis d'identifier chez Hydra des molécules codantes et des gènes effecteurs dont les séquences n'ont aucune similarité avec celles des gènes d'autres organismes. Au cours de tests fonctionnels, ces gènes inédits se sont révélés essentiels à l'expression de l'organisation axiale et à la différentiation des caractères spécifiques d'Hydra. Les analyses expérimentales du système cis-régulateur des gènes nouveaux ont mis en lumière l'existence de sites cibles pour des facteurs trans-actifs inédits. Ces méthodes de tri neutres appliquées à plusieurs autres organismes ont aussi révélé l'existence de gènes inédits et spécifiques aux taxons, dont le rôle reste à déterminer. Conséquemment, Il se peut que l'utilisation exclusive de données comparatives ne suffise pas à une bonne compréhension de l'évolution des caractéristiques spécifiques aux taxons.[Traduit par la Rédaction]

Document Type: Research Article

Publication date: October 1, 2002

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