تکثیر کل ژنوم تکامل خانواده ماهی قزل آلا را شکل داد

توسط جوزف رابرتسون، دانشگاه علوم زیستی نروژ

ویرایش شده توسط لیزا لاک، بررسی توسط اندرو زینین

این مقاله با توجه به روند و سیاست‌های ویرایشی Science X بررسی شده است. ویراستاران ضمن اطمینان از اعتبار محتوا، ویژگی های زیر را برجسته کرده اند:

تکامل توسط تغییراتی در DNA انجام می شود که گاهی سازگاری را افزایش می دهد و ویژگی هایی مانند مقاومت در برابر بیماری یا تولید مثل را تغییر می دهد. اغلب، این تغییرات جزئی هستند و یک حرف واحد را در کد DNA تغییر می دهند - تا حدودی مانند تغییر یک حرف واحد در یک صفحه از یک کتاب طولانی.

در موارد دیگر، تغییر بسیار اساسی تر است.

تکثیر کل ژنوم (WGD) توالی کامل ژنتیکی یک ارگانیسم را "کپی پیست" می کند، به این معنی که اکنون دو نسخه از کل کتاب وجود دارد. با گذشت زمان، نسخه‌های ژن اضافی ایجاد شده توسط WGD ممکن است نقش‌های جدیدی به خود بگیرند و نحوه یا زمان بیان آن‌ها را تغییر دهند.

به این ترتیب، WGD تکامل را با مواد ژنتیکی بیشتری برای کار با آن فراهم می کند. با وجود نسخه‌های ژن تکراری، تکامل می‌تواند برخی از بخش‌های «کتاب» را ویرایش یا تغییر کاربری دهد و در عین حال برخی دیگر را حفظ کند، و فرصت‌هایی برای تکامل صفات ایجاد کند.

رویدادهای WGD در مراحل کلیدی تکامل، از جمله در اجداد تمام مهره داران زنده بیش از 500 میلیون سال پیش رخ داده است. با این حال، زمانی که این رویدادها بسیار باستانی هستند، برای دانشمندان دشوار است که جزئیات زیادی را در مورد چگونگی شکل‌دهی WGD به تکامل کشف کنند.

ماهی قزل آلای اقیانوس اطلس و قزل آلای رنگین کمان (هر دو عضو خانواده ماهی قزل آلا) فرصتی نادر برای مطالعه دقیق این فرآیندها فراهم می کنند.

یکی از نویسندگان اصلی یک مطالعه جدید، پروفسور سیگبورن لین از دانشگاه علوم زیستی نروژ، توضیح می‌دهد: "جد ماهی‌های آزاد حدود 100 میلیون سال پیش WGD را تجربه کرده است و بسیاری از ژن‌های تکراری هنوز در حال حفظ، گم شدن یا تغییر کاربری هستند. به همین دلیل، ژنوم این ماهی‌ها در مقایسه با بیشتر ماهی‌ها دارای رگه‌های منحصربه‌فردتری هستند. به چگونگی شکل گیری تکامل پس از WGD."

در مطالعه جدید، محققان حجم عظیمی از داده های ژنومی را از ماهی قزل آلا و ماهی قزل آلا تولید و تجزیه و تحلیل کردند تا چگونگی و زمان روشن و خاموش شدن ژن ها در بافت ها و در طول توسعه اولیه را بررسی کنند.

"مطالعه ما نزدیک به 800 مجموعه داده توالی‌یابی با کیفیت بالا و 80 میلیارد جفت توالی DNA را تولید کرد که نقشه‌های بسیار دقیقی از فعالیت ژن و مقررات برای هر دو گونه ارائه می‌کرد. این یک تلاش گروهی بزرگ بود که از طریق پروژه AQUA-FAANG، یک همکاری 6 میلیون یورویی توسط اتحادیه اروپا که شامل بسیاری از سازمان‌های تحقیقاتی و شرکای صنعتی در سراسر اروپا بود، به دست آمد."

نقشه‌های فعالیت ژنی تولید شده در این مطالعه نشان می‌دهد که کدام ژن‌ها برای کنترل فرآیندهای بیولوژیکی کلیدی در ماهی، مانند رشد، و مکانیسم‌های ژنتیکی پشت این سوئیچ‌ها روشن یا خاموش می‌شوند.

تیم تحقیقاتی کشف کردند که کدام ویژگی های فعالیت ژن در طول زمان پایدارتر باقی مانده اند و کدامیک به دنبال WGD آزادانه تکامل یافته اند.

پروفسور دن مک کوئین از موسسه Roslin در دانشگاه ادینبورگ، سرپرست کلی این مطالعه، توضیح می‌دهد: "چگونه توالی‌های DNA تکراری ایجاد شده توسط WGD برای شکل‌دهی به بیان ژن تکامل می‌یابند، موضوع جالبی است، اما مطالعه آن آسان نیست. این مجموعه داده منحصر به فرد به ما اجازه می‌دهد تا عمیقا چنین سوالاتی را از دیدگاه‌های جدید بررسی کنیم، و نشان داد که بعد از بیان ژن به طور قوی وابسته به مرحله زندگی WGD بود و نشان می‌دهد که WD در بیان ژن به طور قوی وابسته است. در بافت های مختلف متغیر است."

نکته قابل توجه، تیم دریافتند که ژن‌های تکراری کمترین میزان تغییر در بیان را در طول تکامل جنینی دیررس دارند، زمانی که اندام‌ها به سرعت در حال رشد هستند.

محققان این را به عنوان نشانه‌ای تفسیر می‌کنند که تکامل دامنه کمتری برای تغییر تنظیم ژن در این دوره دارد، زمانی که تغییری که بر یک ژن تأثیر می‌گذارد ممکن است عواقبی برای چندین بخش از جنین داشته باشد. در این صورت تغییرات مضر بیشتر از طریق انتخاب طبیعی حذف می شوند.

مک کوین می افزاید: «جالب است که این دوره «محدودیت» با دوره ای مطابقت دارد که گونه های مختلف مهره داران - از ماهی گرفته تا قورباغه تا انسان - از نظر مورفولوژی شبیه به هم هستند، که نشان می دهد قوانین اساسی در کار هستند.

این یافته ها بینش جدیدی را در مورد چگونگی شکل دادن WGD به تکامل، نه تنها در ماهی قزل آلا و ماهی قزل آلا، ارائه می دهد. Macqueen نتیجه می گیرد، "داده های گسترده تولید شده به عنوان بخشی از مطالعه، و پروژه AQUA-FAANG به طور کلی، به صورت رایگان در دسترس هستند. این داده ها منبع ارزشمندی برای تحقیقات آینده و برای بهبود استراتژی های اصلاح نژاد در آبزی پروری ماهی قزل آلا و ماهی قزل آلا هستند."

نمای رونویسی از رویدادهای کلیدی در طول جنین زایی اولیه در ژنوم تکراری ماهی قزل آلا اقیانوس اطلس. DOI: 10.1038/s41559-026-03171-6

ارائه شده توسط دانشگاه علوم زیستی نروژ

لیسانس تاریخ هنر، کارشناسی ارشد فرهنگ مادی. سردبیر سابق موزه، پیراپزشک و هماهنگ کننده پیوند. ویرایش برای Science X از سال 2021. نمایه کامل →

فوق لیسانس فیزیک با تجربه تحقیق. علاقه مندان به اخبار علمی طولانی مدت. نقش کلیدی در موفقیت سرمقاله Science X ایفا می کند. نمایه کامل →