أثبت باحثون من جامعة تل أبيب بمساعدة الديدان أن الميراث اللاجيني للانجذاب الجنسي يمكن أن يؤثر على عملية التطور
ما الذي جعل الدودة تفضل التكاثر الجنسي مع الذكور، وهي قادرة على إخصاب نفسها، وكيف أثر ذلك على الأجيال القادمة؟ اكتشف باحثون من جامعة تل أبيب أن الوراثة اللاجينية (خارج تسلسل الحمض النووي) يمكن أن تؤثر على تكوين الجينات في مجموعة سكانية لعدة أجيال. البحث الذي نشر اليوم في مجلة Development Cell المهمة، قاده البروفيسور عوديد رافافي والدكتور إيتاي توكر، والدكتور إيتمار ليف والدكتور ياعيل مور، الذين أكملوا الدكتوراه تحت إشرافه، من قسم علم الأحياء العصبي في كلية علوم الحياة وكلية سيغول لعلم الأعصاب في جامعة تل أبيب. وأجريت الدراسة بالتعاون مع جامعة روكفلر في نيويورك.
يوضح البروفيسور رافافي: "لقد قمنا بتربية ديدان C. elegans في المختبر تحت ظروف الإجهاد الحراري، أي في درجات حرارة أعلى قليلاً من المعتاد". "وكانت النتيجة أن الإناث أصبحت أكثر جاذبية وتزاوجت أكثر مع الذكور. إنه أمر مثير للاهتمام، ولكن النتيجة الرائعة حقًا هي أنه حتى بعد عودة الديدان إلى درجات الحرارة الطبيعية، في الأجيال اللاحقة، استمرت نسل هذه الديدان في جذب المزيد من الذكور. عندما تتزاوج الديدان مع الذكور بدلا من تخصيب نفسها، فإنها تنقل نصف الجينوم الخاص بها فقط إلى الجيل التالي. إن "تخفيف" المساهمة الوراثية إلى النصف هو ثمن باهظ يجب دفعه، لكن الفائدة هي زيادة التنوع الجيني، وقد اكتشفنا بالفعل بمساعدة تجارب التطور في المختبر أن هذه قد تكون استراتيجية مفيدة، أي تكيفية. "
تنتج أنثى ديدان C. elegans بيضها وحيواناتها المنوية وبالتالي تخصب نفسها (وبالتالي تعتبر خنثى). تنتج الديدان الحيوانات المنوية فقط في مرحلة معينة من تطورها، وبعد ذلك تنتج البويضات فقط. وفي الوقت نفسه، هناك أيضًا ذكور نادرون في المجموعة يمكنهم التزاوج معهم - لذا فإن الأنثى هي التي تختار ما إذا كانت ستخلط جيناتها في التكاثر الجنسي مع الذكر. ودفعت الظروف البيئية في التجربة المزيد من الإناث للتزاوج، وهي سمة تم الحفاظ عليها أيضا في نسلهن الذي نشأ في بيئات مريحة، ولم يتعرض للإجهاد الحراري.
من الإخصاب الذاتي إلى التكاثر الجنسي
يقول الدكتور إيتاي توكر: "في دورة حياة الدودة الخنثى، ينفد مخزون الحيوانات المنوية الذاتية عندما تكبر". "في هذه المرحلة، من أجل مواصلة التكاثر، ليس أمامها خيار سوى إفراز فرمون يجذب الذكور. لقد عطلت ظروف الحرارة التي خلقناها وراثة جزيئات الحمض النووي الريبوزي (RNA) الصغيرة التي تتحكم وراثيا في التعبير الجيني في الحيوانات المنوية، بحيث لم يتمكن الحيوان المنوي للدودة من تخصيب البويضة بالكفاءة المعتادة. شعرت الدودة أن الحيوانات المنوية التي تنتجها قد تضررت جزئيا، ولذلك بدأت بإفراز الفرمون وجذب الذكور في وقت مبكر، وهي لا تزال صغيرة. لقد حدث أن العديد من الديدان تتكاثر في سن مبكرة مع ذكور الديدان. وقد تم توريث هذه السمة لأجيال عديدة للذرية التي لم تتعرض لظروف الحرارة."
"في الماضي، اكتشفنا آلية مخصصة توريث جزيئات الحمض النووي الريبي الصغيرة للأجيال القادمة، في نفس الوقت وبطريقة مختلفة عن الآلية العادية التي تورث الحمض النووي للأجيال القادمة، وتمكن من وراثة بعض الصفات المكتسبة. ومن خلال تثبيط آلية وراثة الحمض النووي الريبي الصغير (RNA)، أثبتنا أن وراثة الجاذبية المتزايدة تعتمد على انتقال جزيئات الحمض النووي الريبي (RNA) الصغيرة بين الأجيال التي تتحكم في نشاط الحيوانات المنوية. وفي وقت لاحق أجرينا تجربة في التطور: قمنا بتتبع ذرية الأمهات اللاتي ورثن انجذابا نحو الذكور بمساعدة جزيئات RNA صغيرة، وتركناهن يتنافسن على الذكور، لأجيال عديدة، ضد ذرية طبيعية من سلالة مراقبة. لقد رأينا أن وراثة الانجذاب الجنسي أدت إلى مزيد من التزاوج في ظل هذه الظروف التنافسية، ونتيجة لذلك، تمكنت النسل الجذاب من نشر جيناته بين السكان بنجاح أكبر".
البيئة تؤثر على التنوع
كقاعدة عامة، تتفاعل الكائنات الحية مع بيئتها عن طريق تغيير التعبير عن جيناتها - دون تغيير الجينات نفسها. إحدى آليات التحكم هذه هي جزيئات الحمض النووي الريبي (RNA) الصغيرة التي تدمر جزيئات تسمى messenger RNA (mRNA) المسؤولة عن نقل المعلومات الجينية من الحمض النووي إلى البروتينات - وبالتالي إسكات الجينات غير المطلوبة في بيئة معينة. إن إدراك أن بعض المعلومات اللاجينية المشفرة في جزيئات الحمض النووي الريبي (RNA) الصغيرة تنتقل من جيل إلى جيل يُحدث ثورة في فهمنا للوراثة، ويتحدى العقيدة التي سيطرت على التطور لأكثر من مائة عام. ومع ذلك، لم يتمكن الباحثون حتى الآن من إيجاد طريقة يمكن أن يؤثر بها الوراثة اللاجينية على التسلسل الجيني نفسه (DNA).
يقول الدكتور ليف: "إن علم الوراثة بشكل عام، ووراثة السمات المكتسبة بوساطة RNAs الصغيرة على وجه الخصوص، هو مجال جديد ومثير". "لقد أثبتنا الآن ولأول مرة أن البيئة يمكن أن تغير ليس فقط التعبير الجيني، ولكن، بشكل غير مباشر، أيضا الميراث الجيني نفسه، وعلى مدى أجيال. بالنسبة للجزء الأكبر، فإن الوراثة اللاجينية لجزيئات الحمض النووي الريبي الصغيرة هي مسألة عابرة: يتعرض الكائن الحي لبيئة معينة، ويحافظ على التباين اللاجيني لمدة 3-5 أجيال. وفي المقابل، فإن التغيير التطوري يستغرق مئات وآلاف الأجيال. لقد بحثنا عن صلة بين علم الوراثة اللاجينية وعلم الوراثة ووجدنا أن التغير في البيئة المرتبط بالاحتباس الحراري يحفز وراثة إفراز الفيرمون لجذب الذكور وبالتالي يؤثر على تطور جينوم الديدان.
ويضيف الدكتور مور: "إنها في الواقع وسيلة للبيئة لضبط التنوع الجيني." ففي نهاية المطاف، يتطلب التطور التنوع والاختيار. النظرية الكلاسيكية هي أن البيئة يمكن أن تؤثر على الاختيار، ولكنها لا تستطيع التأثير على التنوع - الذي يتم إنشاؤه بشكل عشوائي نتيجة للطفرات. لقد أظهرنا أن البيئة يمكن أن تؤثر بالفعل على التنوع في ظل ظروف معينة."
المزيد عن الموضوع على موقع العلوم:
