مدفوع سوسک ممکن است به شکل گیری میلیون ها سال تکامل مخمر کمک کرده باشد

ویرایش شده توسط Sadie Harley، بررسی توسط Robert Egan

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

دانشمندان دانشگاه بوفالو شواهدی یافته‌اند که نشان می‌دهد گونه‌های مختلف مخمر ژن‌های مشترکی دارند که در اصل از یک ویروس باستانی به دست آمده‌اند و روده‌ها و مدفوع سوسک‌ها ممکن است به ایجاد آن کمک کرده باشد.

این مطالعه که در Molecular Biology and Evolution منتشر شده است، نشان می دهد که مواد ژنتیکی از آن ویروس به خوشه ای از چهار ژن مرتبط در مخمرهای جنس Scheffersomyces تبدیل شده است. این مطالعه نشان داد که این خوشه حداقل سه بار بین گونه های مختلف این مخمرها جابجا شده است.

مخمرها که به خاطر وعده‌شان در تحقیقات سوخت‌های زیستی شناخته می‌شوند، روی چوب‌های پوسیده و در روده‌های سوسک‌ها و سایر حشرات چوب‌خوار زندگی می‌کنند، جایی که به میزبان خود در هضم چوب کمک می‌کنند. محققان گمان می کنند که حشرات ممکن است گونه های مخمر مختلفی را در دستگاه گوارش و مدفوع خود گرد هم آورده باشند و فرصت هایی برای تبادل ژنتیکی ایجاد کنند.

درک تیلور، نویسنده مقاله، دکترا، استاد علوم زیستی در کالج هنر و علوم UB، می‌گوید: «این یک واحد تکاملی است و حشرات چوب‌خوار ابزار و فرصت را داشتند.

این مطالعه چندین یافته در مورد این خوشه به دست می‌آورد که محققان آن را STORM (ماژول تکرار ORF مشابه Scheffersomyces Totivirus) نامیده‌اند. این خوشه حداقل برای 15 میلیون سال در ژنوم مخمرها باقی مانده است، اما ژن های آن با سرعت های غیرمنتظره ای بالا تکامل یافته اند: حدود هفت برابر سریعتر از همتایان خود در ویروس های مرتبط.

دومینیک ترینگالی، یکی از نویسندگان این مقاله، دانشجوی کارشناسی ارشد در آزمایشگاه تیلور، می‌گوید: «این ژن‌ها زندگی پس از مرگ فوق‌العاده‌ای داشته‌اند. مدت ها پس از ناپدید شدن ویروس اصلی، ژن های آن به تکامل، تکثیر و گسترش بین گونه های مخمر ادامه دادند.

تیلور و همکارانش اولین بار در سال 2009 این ژن های ویروسی غیرعادی را در مخمر کشف کردند و پیشنهاد کردند که ژن هایی مانند آنها ممکن است بین گونه ها حرکت کنند.

تیلور می‌گوید: «اکنون شواهد قانع‌کننده‌ای داریم که نشان می‌دهد یک خوشه چهار ژنی کامل از مرزهای گونه‌ها عبور کرده است.

ویروس باستانی که مخمر را آلوده کرده است مربوط به توتی ویروس های مدرن است که ویروس های RNA غیررتروویروسی هستند. برخلاف رتروویروس‌هایی مانند اچ‌آی‌وی، این ویروس‌ها فاقد ماشینی برای تبدیل RNA خود به DNA و وارد کردن آن به ژنوم میزبان هستند.

محققان معتقدند RNA ویروسی به نوعی در DNA کپی شده و در ژنوم مخمر گنجانده شده است.

تیلور می‌گوید: «طبق دانش ما، این اولین نمونه مستند از انتقال افقی خوشه‌ای از ژن‌های تکراری است که از یک ویروس RNA باستانی مشتق شده‌اند.

تاریخچه تکاملی ژن‌های STORM با گونه‌های مخمر حامل آن‌ها مطابقت نداشت، و این نشان می‌دهد که ژن‌ها به جای اینکه صرفا از اجداد مشترک به ارث رسیده باشند، بین گونه‌ها حرکت کرده‌اند.

محققان شواهدی پیدا کردند مبنی بر اینکه خوشه ژن ویروسی از طریق فرآیندی به نام انتقال افقی ژن - حرکت مواد ژنتیکی بین موجودات بدون تولید مثل معمولی - از مرزهای گونه ها عبور کرده است.

به نظر می رسد حداقل یک انتقال از طریق یک ترانسپوزون یا ژن پرش صورت گرفته باشد. ترانسپوزون ها بخش هایی از DNA هستند که می توانند درون ژنوم ها حرکت کنند و برخی حتی می توانند بین گونه ها حرکت کنند.

ترینگالی می گوید: «از آنجایی که STORM و یک ژن پرش مجاور شواهدی از همان تاریخچه تکاملی غیرعادی نشان می دهند، ما گمان می کنیم که ترانسپوزون ممکن است طوفان را بین گونه های مخمر به عنوان محموله اضافی حمل کرده باشد.

حشرات چوبخوار ممکن است ترانسپوزون را قادر به پرش کرده باشند. مخمرهای Scheffersomyces اغلب به صورت همزیست در روده خود زندگی می کنند، جایی که چندین گونه می توانند در کنار هم زندگی کنند. چندین گونه نیز می توانند با هم در فضولات موریانه و چوب جویده شده که در نزدیکی چوب های پوسیده جمع می شوند، وجود داشته باشند.

تیلور می گوید: «برای تبادل مواد ژنومی، باید همزمان در یک مکان باشید.

یکی از غیرمعمول ترین یافته های این مطالعه این است که این چهار ژن، علیرغم اینکه منشا ویروسی مشترک دارند، مسیرهای تکاملی متفاوتی را دنبال کرده اند.

برخی از آنها ساختارهای پروتئینی شبیه ویروس اجدادی خود را حفظ کرده اند، در حالی که برخی دیگر به طور گسترده تغییر کرده اند. این نشان می‌دهد که تبدیل شدن به بخشی از ژنوم مخمر، ژن‌ها را از دست‌کم برخی محدودیت‌های تحمیل‌شده توسط نقش‌های ویروسی اولیه آزاد می‌کند. با این حال به نظر می رسد انتخاب طبیعی ویژگی های خاصی از توالی ها و ساختارهای پروتئینی خود را حفظ کرده است، که نشان می دهد این ویژگی ها هنوز هم اهمیت دارند.

این ژن ها برای میلیون ها سال باقی مانده اند و حتی پس از جابجایی بین گونه های مخمر، به عنوان یک واحد چهار ژنی با هم باقی می مانند. هر چهار به RNA رونویسی می شوند و شواهدی وجود دارد که حداقل یکی از آنها پروتئین تولید می کند.

این سرنخ‌ها با هم نشان می‌دهند که طوفان ممکن است فوایدی برای مخمر داشته باشد، اما دقیقا چه کاری انجام می‌دهد یک راز باقی مانده است. تیلور مشکوک است که ممکن است به مخمر برای مقابله با استرس کمک کنند.

او می‌گوید: "توتی ویروس‌ها به نوعی مانند دشمن مخمر هستند. تحت برخی شرایط به میزبان کمک می‌کنند تا با استرس فیزیولوژیکی مقابله کند." بنابراین ممکن است برای مخمر مفید باشد که مزایای یک ویروس را بدون نگرانی در مورد کنترل ویروس حفظ کند.

محققان امیدوارند که مخمرها را تحت تنش‌های محیطی مختلف رشد دهند تا ببینند که آیا ژن‌های STORM واکنش متفاوتی نشان می‌دهند و به طور بالقوه نقش ژن‌ها را در میزبان خود نشان دهند.

درک جی تیلور و همکاران، یک آرایه پشت سر هم مانند توتیویروس اهلی تحت انتقال بین گونه ای و تکامل نامتقارن، زیست شناسی مولکولی و تکامل (2026). DOI: 10.1093/molbev/msag269

اطلاعات مجله: زیست شناسی مولکولی و تکامل

کارشناسی علوم زیستی و اکولوژی. پیشینه آزمایشگاه میکروبیولوژی با تجربه اخبار دارویی در صنایع نفت، گاز و تجدیدپذیر. نمایه کامل →

لیسانس زیست شناسی ریاضی، کارشناسی ارشد در نوشتن خلاق. خوش سفر با دیدگاه های منحصر به فرد در علم و زبان. نمایه کامل →