شناسایی مکانیسم پیچیده تکامل با توالی یابی ژنوم ماهی ها

تجمع جهش ها منجر به توانایی ماهی سیچلاید برای سازگار شدن با محیط زیست شده است و این یافته، مکانیسم تکامل مهره داران را نیز روشنتر می سازد.

دانشمندان در تلاش برای یافتن مبنای سازگاری مهره داران با محیط، ژنوم و رونوشت های آن را در پنج گونه از ماهی های سیچلاید آفریقایی توالی یابی کرده اند. یک گروه تحقیقاتی به سرپرستی دانشمندان پژوهشکده Broad از دانشگاه MIT و Harvard، ویژگی های متفاوتی را از ژنوم سیچلاید شناسایی کرده اند که منجر می شود ماهی ها در شرایط زیستی و اکولوژیکی جدید در Graet Lake (دریاچه ای در شرق آفریقا) توانایی زیستن پیدا کنند. علاوه بر اینکه تنوع بسیار گسترده در بین ماهی های سیچلاید به واسطه پیچیدگی مکانیسم ژنومی با این یافته ها قابل تفسیر گشته، پروسه تکامل در تمام گونه های مهره داران نیز روشن تر شده است.

این مطالعه که به تازگی و با همکاری گروه های مختلف از اطراف دنیا انجام شد، در مجله Nature به چاپ رسیده است.

یکی از نویسندگان این مقاله Kerstin Lindblad-Toh از پژوهشکده Broad می گوید:

"مطالعه ما طیفی از روش هایی که طبیعت به ارگانیسم ها اجازه سازش پیدا کردن با محیط زیست را می دهد، آشکار ساخته است. این مکانیسم ها همچنین در انسان ها و دیگر مهره داران فعال هستند و با تمرکز بر روی ماهی های سیچلایدی که تنوع گسترده ای دارند، ما موفق به مطالعه این پروسه در یک مقیاس گسترده شده ایم."

ماهی های سیچلاید آفریقایی یکی از متنوع ترین گونه های ماهی ها از لحاظ ظاهری با بیش از ۲۰۰۰ گونه شناخته شده در روی زمین می باشند. بعضی از رودخانه ها منزلگاه بیش از صد گونه مختلف هستند که از یک جد مشترک تکامل یافته اند. آنها از رود نیل جدا شده و کلنی های مختلف را ایجاد کرده اند. همانند ماهی های داروین، ماهی های سیچلاید یک نمونه بارز از تنوع سازگاری با محیط را دارا هستند. پروسه ای که در آن، گونه های متفاوت از یک جد مشترک به واسطه سازگاری با محیط زیست به وجود آمده اند.

دانشمندان درصدد بودند تا ژنوم سیچلاید را به عنوان مدلی قانونمند بررسی کرده و عواملی که باعث تنوع گسترده این ماهی ها در مدت کوتاه گشته است را شناسایی کنند. این محققان، ژنوم و رونوشت آن (RNA بافتی) را از پنج گونه متفاوت ماهی سیچلاید آفریقایی توالی یابی کردند. گونه های شرکت کننده در این آزمایش عبارتند از: تیلاپیا رود نیل به عنوان جد مشترک و چهار گونه از آفریقای شرقی شامل گونه ای که در نزدیکی رود Tanganyika زندگی می کند، گونه ای که در رود Tanganyika 10-20 میلیون سال پیش تشکیل کلنی داده است، گونه ای در رود خانه Malawi که ۵ میلیون سال پیش تشکیل کلنی داده و گونه ای که تنها ۱۵۰۰۰ تا ۱۰۰۰۰۰ سال پیش در رود خانه Victoria تشکیل کلنی داده است.

پس از بررسی داده ها، دانشمندان تعداد زیادی از عوامل ژنومی دخیل در این سازگاری را شناسایی کردند. در مقایسه با جد مشترک، ژنوم سیچلاید های آفریقای شرقی دارای ویژگی های جدید بودند. به عنوان مثال حاوی مقدار زیادی افزایش ژنی (gene duplication)، دگرگونی در تنظیم بیان ژن‌، عناصر غیر کد کننده ‍‍ْ‍‍‍‍‍‍‍پروتئین در داخل ژنوم، عوامل رمز کننده پروتئین تکامل یافته تر مخصوصا در ژن های مسئول رنگ زایی و تغییرات در دیگر مشخصه هایی که بیان ژن را تحت تاثیر قرار می داد مانند قرار گرفتن عوامل ترانسپوزون ها و تنظیم با microRNA های جدید بودند.

یکی دیگر از دانشمندان مسئول در این طرح، دکتر Fererica Di Palma، می گوید:

"در ژنوم این ماهی ها، تنها یک تغییر بسیار بزرگ مشاهده نمی شود، بلکه مکانیسم های مولکولی متفاوتی برای رسیدن به این سازگاری و اختصاصی شدن به کار رفته اند."

به نظر می رسد بعضی تغییرات در ژنوم این ماهی، پیش از اینکه این گونه از رود نیل جدا شود و ایجاد کلنی های جدید کند ظهور پیدا کرده اند. این مشاهده نشان می دهد که در یک دوره زمانی، ماهی سیچلاید در معرض محدودیت قرار گرفته بوده است. در طی این دوره، ماهی ها از طریق جهش ها به تنوع های متفاوتی دست یافته اند و رفع این محدودیت ها منجر به تجمع این تغییرات ژنتیکی شده است. تجمع این جهش ها که تنوع ظاهری ماهی ها را بدنبال دارد منجر به بوجود آمدن یک جعبه ابزار ژنومی شده که به سازگاری سریع این ماهی ها کمک زیادی میکند.

بررسی های بیشتری شامل توالی یابی گونه های دیگر این ماهی نیاز است تا تمام جهش های منجر به تفاوت های ماهی های سیچلاید شناسایی شوند. این تحقیق می تواند توضیح دهد که چگونه صفات یکسان که به صورت موازی در رود های مختلف تکامل یافته اند از یک نیای مشترک به صورت همگرا تکامل یافته اند. با استفاده از این جهش یافته های طبیعی به عنوان یک مدل، علم زیست شناسی و همچنین بررسی بیماری های انسانی می تواند روشن تر از قبل دنبال شود. دکتر Di Palma می گوید:

"با مطالعه چگونگی سازگاری پیدا کردن جمعیت های طبیعی مانند ماهی ها و تکامل آنها طی فشار انتخابی، می توانیم دریابیم که چگونه این فشار ها انسان ها را در زمینه بیماری و سلامت تحت تاثیر قرار می دهند."

 

منبع: Nature