۱ اسفند , ۱۳۹۸

ژنتیک DE Novo – بیشتر و مهم‌تر از تفکر اول

دانشمندان ژنتیک ترینیتی و دانشگاه پیتسبورگ کشف کرده‌اند که ژن‌های نو – ژنتیک ژن‌هایی که از پایه تکامل‌یافته اند – هم بیشتر و هم مهم‌تر از آنچه قبلا باور داشتند.

DNA، ژنتیک و de novo

در طول زمان، ژن‌ها از طریق جهش‌های تصادفی تغییر می‌کنند. برخی از این تغییرات ناشی از نقص‌های جدی هستند و به ندرت به نسل‌های بعدی منتقل می‌شوند، برخی دیگر تاثیر کمی در ژنتیک موجود زنده دارند و برخی دیگر مزایای قابل‌توجهی دارند که به دلیل انتخاب طبیعی محبوب می‌شوند و به نسل‌های آینده نزدیک می‌شوند.
این منبع اصلی نوآوری ژنتیکی و این است که چگونه موجودات زنده به هم متفاوت هستند. با این حال، تازگی ژنتیکی می‌تواند توسط ژن‌های کاملا جدید که از صفر تولید می‌شوند، ایجاد شود.
در مطالعه eLIFE، دانشمندان راهی برای ارزیابی اینکه چگونه به نظر می‌رسد ژن‌ها از صفر تکامل می‌یابند، ابداع کردند. نتایج آن‌ها شگفت‌آور بود.
توضیح ژن نو، اولین نویسنده مقاله، Nikolaos Vakirlis، ترینیتی، گفت:

“اکثر ژن‌های یک ژنوم” cousins ” در ژنوم گونه‌های دیگر وجود دارند. ژن‌ها از توالی‌های DNA مشابه تشکیل شده‌اند که زمانی به پروتیین‌ها ترجمه می‌شوند و عملکردهای مشابهی انجام می‌دهند. با این حال، برخی از ژن‌ها منحصر به فرد هستند و تنها می‌توانند در یک یا تعداد کمی از گونه‌های نزدیک به هم یافت شوند. ما این ژن‌های بدون منشا را “ژن یتیم” می‌نامیم زیرا به نظر می‌رسد که هیچ خویشاوندی ندارند و اغلب مسئول ویژگی‌های منحصر به فرد و توانایی‌های موجودات زنده هستند. برای مثال، ژن ماهی ماهی که در قطب زندگی می‌کند به آن‌ها اجازه می‌دهد تا در دمای زیر صفر زندگی کنند.”
اما ژن‌های یتیم مشکل تکاملی سختی را ایجاد می‌کنند. آن‌ها شبیه ژن‌های دیگر نیستند، پس از کجا امده‌اند؟ یک ایده این است که آن‌ها می‌توانند به ظاهر از هیچ چیز سرچشمه بگیرند: در مقیاس‌های زمانی طولانی، یک ژن کاملا جدید می‌تواند از نو از یک منطقه در ژنوم که از DNA کم‌ارزش ساخته شده‌است خارج شود. به همین ترتیب، با زمان کافی، دو ژن “عمه‌زاده” می‌تواند آنقدر از هم دور شود که دیگر نمی‌توانیم رابطه بین آن‌ها را شناسایی کنیم. از این رو، یک ژن ممکن است در یک نگاه به نظر برسد که یتیم است بدون اینکه واقعا از نو ظهور کرده باشد.

یک رویکرد جدید برای ارزیابی فرکانس ژن نو

برای مدتی طولانی، دانشمندان فکر کردند که اکثر ژن‌های یتیم فقط مواردی از “بستگان غایب” بودند، که ممکن است با واگرایی توالی‌های از طریق جهش در طول تکامل توضیح داده شود. این تحقیق جدید نشان می‌دهد که این موضوع صادق نیست.
Aoife McLysaght، استاد ژنتیک در کالج ترینیتی در دوبلن گفت:
” در کمال تعجب، در اکثر موارد، حدود یک سوم از ژن‌های یتیم ناشی از واگرایی هستند. بنابراین، در عوض، این نشان می‌دهد که اغلب ژن‌های منحصر به فرد در گونه‌هایی که ما به آن نگاه کردیم نتیجه فرآیندهای دیگر از جمله ظهور نو است که بسیار بیشتر از آن چیزی است که دانشمندان در ابتدا تصور می‌کردند.

آیا ژنتیک ژن در حال نو ظهور مهم است؟

در بخش دوم تحقیقات، منتشر شده در ارتباطات طبیعت، دانشمندان به دنبال پاسخ به این سوال بدیهی بودند: آیا ژن نوظهور مهم است؟
این ممکن است یک سوال متناقض به نظر برسد چون چیزی که هنوز کاملا در دنیای تکامل پدیدار نشده است، نباید بیش از حد مهم باشد. به هر حال، چگونه یک ژن می‌تواند پیش از ظاهر شدن ناگهانی به کار رود و نقش مهمی ایفا کند؟
این پارادوکس را می توان حل کرد اگر ژن‌های در حال ظهور پتانسیل بالایی برای مفید بودن ارگانیسم داشته باشند. بنابراین، در حالی که انتظار می‌رود که آن‌ها هیچ نقش خاصی در شکل فعلی خود بازی نکنند، تغییرات تصادفی که بر روی توالی‌های آن‌ها تاثیر می‌گذارند و یا میزان پروتیینی که تولید می‌کنند را افزایش می‌دهند و می‌توانند منجر به تاثیرات سودمند شوند.
دانشمندان آزمایش کردند که آیا این فرضیه می‌تواند با انجام یک سری آزمایش‌ها بیولوژیکی و محاسباتی با استفاده از مخمر نانوایی به عنوان یک ارگانیسم مدل درست باشد. و هنگامی که آن‌ها به طور مصنوعی به sequences که در سطوح بالاتر نشان داده می‌شوند، اجازه می‌دهند که سریع‌تر رشد کنند، سلول‌ها سریع‌تر رشد می‌کنند.
به طور مهمی، رشد توسط overexpressing که ایجاد شده افزایش نیافته است. بنابراین، دنباله‌های پدیدار شده واقعا این پتانسیل را دارند که برای سلول‌ها مهم باشند.

آن – Ruxandra Carvunis، استادیار زیست‌شناسی سیستم‌های محاسباتی در دانشگاه پیتسبورگ می‌گوید:
نظم به نظر شبیه چیزی است که دستیابی به آن دشوار است، اما نتایج ما کاملا مخالف آن است. ما دریافتیم که نظم ساده در همه جا در ژنوم شایع است. تمایل به ساختن اشکال ساده که پایدار هستند، هم اکنون در آنجا منتظر هستند. بنابراین تولد ژن از نو کم‌تر و کم‌تر مرموز می‌شود چون ما بهتر می‌توانیم نوآوری مولکولی را درک کنیم.”

ترجمه و گرد آوری توسط تیم ژنتیک بیوکمپ