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Amphioxus molecular biology: insights into vertebrate evolution and developmental mechanisms

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Abstract:

The cephalochordate amphioxus is the best available proxy for the last common invertebrate ancestor of the vertebrates. During the last decade, the developmental genetics of amphioxus have been extensively examined for insights into the evolutionary origin and early evolution of the vertebrates. Comparisons between expression domains of homologous genes in amphioxus and vertebrates have strengthened proposed homologies between specific body parts. Molecular genetic studies have also highlighted parallels in the developmental mechanisms of amphioxus and vertebrates. In both groups, a similar nested pattern of Hox gene expression is involved in rostrocaudal patterning of the neural tube, and homologous genes also appear to be involved in dorsoventral neural patterning. Studies of amphioxus molecular biology have also hinted that the protochordate ancestor of the vertebrates included cell populations that modified their developmental genetic pathways during early vertebrate evolution to yield definitive neural crest and neurogenic placodes. We also discuss how the application of expressed sequence tag and gene-mapping approaches to amphioxus have combined with developmental studies to advance our understanding of chordate genome evolution. We conclude by considering the potential offered by the sequencing of the amphioxus genome, which was completed in late 2004.

L'amphioxus, un céphalochordé, est le meilleur modèle de remplacement disponible pour représenter le dernier invertébré à servir d'ancêtre commun des vertébrés. Au cours de la dernière décennie, on a beaucoup étudié la génétique du développement d'amphioxus à la recherche de perspectives nouvelles sur l'origine évolutive des vertébrés et sur le début de leur évolution. La comparaison des domaines d'expression des gènes homologues chez l'amphioxus et les vertébrés a appuyé les homologies proposées pour les différentes structures spécifiques du corps. Les études de génétique moléculaire ont aussi mis en lumière les parallèles qui existent entre les mécanismes du développement chez l'amphioxus et chez les vertébrés. Chez les deux groupes, un pattern emboîté semblable de l'expression du gène Hox est impliqué dans la structuration de la région rostrocaudale du tube neural et des gènes homologues semblent aussi être impliqués dans la structuration neurale dorsoventrale. De plus, des études de la biologie moléculaire de l'amphioxus laissent croire que l'ancêtre ptotochordé des vertébrés possédait des populations de cellules qui ont modifié leur voie génétique de développement durant la première évolution des vertébrés pour produire une véritable crête neurale et des placodes neurogènes. L'application des techniques de marqueurs de séquence exprimée et de cartographie génique à l'amphioxus combinée aux études sur le développement ont permis une meilleure compréhension de l'évolution du génome des chordés. Enfin, le séquençage du génome de l'amphioxus qui a été complété à la fin de 2004 offre un potentiel intéressant.[Traduit par la Rédaction]

Document Type: Research Article

Publication date: January 1, 2005

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nrc/cjz/2005/00000083/00000001/art00009
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