التطور في العمل: زنبق البحر - نصف نبات ونصف حيوان

كما شارك في البحث الباحث الإسرائيلي يهو موران، الذي عاد في هذه الأثناء إلى إسرائيل - إلى مختبره الخاص في الجامعة العبرية، لأن زنبق البحر يظهر تشابها في عناصر المكافحة الوراثية مع ذبابة الفاكهة وغيرها من الحيوانات النموذجية، بينما يظهر زنبق البحر تشابها في عناصر المكافحة الوراثية مع ذبابة الفاكهة وغيرها من الحيوانات النموذجية. يقول الباحثون إن النسخ بعد السيطرة هو نفسه كما هو الحال في النباتات، وهذا المبدأ المعقد للتحكم في الجينات كان موجودًا بالفعل في السلف المشترك للإنسان، وذباب الفاكهة وشقائق النعمان البحرية منذ 600 مليون سنة.

دليل آخر على طرق البحث المثيرة للاهتمام في مجال التطور لفك رموز شجرة الحياة القريبة من جذرها هو الانقسام بين مملكتي النباتات والحيوانات. اكتشف فريق من الباحثين بقيادة عالم الأحياء التطوري والتنموي أولريش تكناو (أولريش تكناو) من جامعة فيينا أن شقائق النعمان البحرية، التي تظهر النشاط الخارجي للنبات، تُظهر تكوينًا جينوميًا ومجموعة معقدة من عوامل التحكم المشابهة لتلك التي من ذبابة الفاكهة وغيرها من الحيوانات. وهذا يعني أن مبدأ التحكم بالجينات عمره بالفعل 600 مليون سنة ويعود إلى أسلاف الإنسان والذباب وزنابق البحر. ومع ذلك، فإن شقائق النعمان البحرية تشبه النباتات أكثر من الفقاريات أو الحشرات من حيث التحكم في التعبير الجيني من خلال microRNA.

تم نشر هذا الاكتشاف التطوري المفاجئ في ورقتين في مجلة أبحاث الجينوم. الباحث الرئيسي للمقالة التي تناولت microRNA، ييهو موران، عمل في مختبر تكناو في جامعة فيينا كجزء من أبحاث ما بعد الدكتوراه وهو حاليا محاضر كبير في قسم البيئة والتطور والسلوك في الجامعة العبرية. يرأس موران مجموعة من الباحثين الذين يواصلون التحقيق في هذه الظاهرة.

مظهرنا الخارجي والطريقة التي يعمل بها جسمنا، بالإضافة إلى التأثير البيئي، هي نتيجة لعمل جيناتنا. ومع ذلك، نادرًا ما تكون الجينات لاعبين منفردين؛ إنهم يتصرفون مثل الموسيقيين في حفل موسيقي وينتقدون نشاط بعضهم البعض وتعبيرهم في شبكة التحكم الجيني.

مخلوق بسيط ذو محتوى جيني معقد

في العقد الماضي، أظهر تسلسل الجينوم البشري وتسلسل الجينوم للعديد من الحيوانات أن المخلوقات البسيطة من الناحية التشريحية مثل شقائق النعمان البحرية تحتوي على ذخيرة وراثية مماثلة لتلك الموجودة في الحيوانات الأكثر تطورا. وهذا يعني أن الاختلاف في التعقيد المورفولوجي لا يمكن تفسيره بسهولة بوجود أو عدم وجود هذا الجين أو ذاك. ويتكهن بعض الباحثين بأن الشفرة الوراثية الفردية ليست هي المسؤولة عن برامج الجسم المعقدة، ولكن الطريقة التي يتم بها ربط الرموز الجينية ببعضها البعض وارتباطها ببعضها البعض. وبناء على ذلك، يتوقع الباحثون أن تكون شبكة الجينات أقل تعقيدا في الكائنات البسيطة منها في البشر أو الحيوانات العليا الأخرى.

يمكن أن يكون مقياس مدى تعقيد التحكم في الجينات هو توزيع وكثافة تسلسلات التحكم في الجينات. تسمى هذه العناصر في الحمض النووي "المضخمات" أو "المعززات"، ويمكنها ربط عوامل النسخ معًا بطريقة خاصة وعادةً ما تتحكم في التعبير عن الجينات المستهدفة في أنماط مكانية وزمانية فريدة. يوضح تكناو، الأستاذ في قسم التطور الجزيئي والتنموي بجامعة فيينا، أن "اكتشاف هذه الأشكال القصيرة في محيطات من النيوكليوتيدات ليس بالأمر الطبيعي".

في حين أن الجينات تشكل، إلى حد ما، الكلمات في اللغة الجينية، فإن المعززات والمعززات بمثابة قواعد اللغة. ترتبط عناصر التحكم هذه بالتعديلات اللاجينية البيوكيميائية للهستونات، وهي البروتينات المتشابكة مع الحمض النووي وتشكل الكروماتين.
باستخدام نهج جزيئي متطور يعرف باسم الترسيب المناعي للكروماتين، تمكن الباحثون في مختبر تكناو من تحديد المعززات والمحفزات في جميع أنحاء جينوم شقائق النعمان البحرية، ومقارنة البيانات بعناصر التحكم في الحيوانات الأكثر تعقيدًا المستخدمة كحيوانات نموذجية.

"بما أن زنبق البحر يُظهر أوجه تشابه في عناصر التحكم الجيني مع ذبابة الفاكهة والحيوانات النموذجية الأخرى، فإننا نعتقد أن مبدأ التحكم الجيني المعقد هذا كان موجودًا بالفعل في السلف المشترك للإنسان وذباب الفاكهة وزنابق البحر قبل 600 مليون سنة." تقول ميكايلا شفايجر من فريق تكنو.

في النهاية، أدى التعبير الجيني إلى تكوين البروتينات، وهي العوامل التي تؤثر على عمل أجسامنا. بالإضافة إلى التحكم في نسخ الحمض النووي إلى الحمض النووي الريبي (RNA)، يمكن للتعبير الجيني أيضًا أن يمارس التحكم بعد النسخ عندما يكون الحمض النووي الريبي (RNA) قد تم تشكيله بالفعل. هنا يلعب microRNA دورًا مهمًا. MicroRNAs عبارة عن قطع من الحمض النووي الريبي (RNA) تستخدم للتحكم وقدرتها على الارتباط بالحمض النووي الريبي (RNA) المستهدف أو قمع ترجمته أو يؤدي إلى انقطاعه. في السنوات الأخيرة، تم التعرف على مئات من أجزاء microRNA في العديد من الحيوانات وأكثر من ألف منها في البشر. للعديد منها دور مهم في عملية التمثيل الغذائي وهي ضرورية لعملية النمو. وقد وُجد أن الطفرات في بعض أنواع الرنا الميكروي مرتبطة بالأمراض، بما في ذلك العديد من أنواع السرطان. يمكن لكل microRNA أن يرتبط بأجزاء مختلفة من RNA بربط محدد. يقول تكناو: "نحن نقدر أن 30-50% من جميع الجينات البشرية يتم التحكم فيها بواسطة microRNAs". "ومع ذلك، فإن الأصل التطوري للmicroRNAs في الحيوانات لا يزال غير واضح."

وفي مقابلة مع موقع هيدان يقول الدكتور موران: "يوضح مقال ميكايلا جوانب التحكم النسخي المشترك بين شقائق النعمان البحرية والحيوانات الأخرى مثل الحشرات والفقاريات، بينما يعرض مقالي نظام تحكم يعتمد على microRNA المشترك بين الكائنات البحرية شقائق النعمان والنباتات ويختلف كثيرًا عن نظام التحكم في microRNA في الحيوانات الأخرى، مما يشير إلى أن النظام الذي نجده في شقائق النعمان البحرية ربما يكون قديمًا جدًا وموجودًا بالفعل في السلف المشترك مع النباتات."

"تم اكتشاف MicroRNAs أيضًا في النباتات، ولكن يُعتقد أنها ظهرت بشكل مستقل عن microRNAs البشرية. يعتمد هذا التقييم على حقيقة أنها لا تظهر تشابهًا في التسلسل، ولديها مسارات مختلفة للتكوين الحيوي، كما أنها تظهر أيضًا أنماطًا مختلفة من العمل: ترتبط الرناوات الدقيقة النباتية فقط بعدد صغير من الأهداف وتكون محددة للغاية للتسلسل، على عكس تلك الموجودة في الحيوانات. وبالتعاون مع باحثين من الولايات المتحدة الأمريكية والنرويج وفرنسا، عزل الباحثون 87 ميكرورنا من شقائق النعمان البحرية.

"لقد تمكنا من إظهار أن microRNAs من شقائق النعمان البحرية تعرض جميع الخصائص النموذجية لـ microRNAs النباتية: فهي تتطابق تمامًا تقريبًا مع الحمض النووي الريبي المستهدف الخاص بها وتؤدي إلى تدهور الحمض النووي الريبي المستهدف وليس إلى تثبيته كما هو الحال في الحيوانات الأخرى. واكتشف الباحثون أيضًا وجود جين HYL-1 في زنبق البحر، وهو جين ضروري للتكوين الحيوي في النباتات ولم يتم اكتشافه مطلقًا في حيوان آخر. علاوة على ذلك، عندما قارن الباحثون تسلسل الرنا الميكروي، وجدوا أنه لكل رنا ميكروي مشابه للنباتات كان هناك واحد على الأقل يشبه الرنا الميكروي الحيواني. يُظهر هذا الاكتشاف لأول مرة العلاقة التطورية بين الرناوات الدقيقة النباتية والحيوانية."

في الختام، في حين أن جينوم شقائق النعمان البحرية والمرجع الوراثي والتحكم الجيني على مستوى الحمض النووي، متشابهان بشكل مدهش مع تلك الموجودة في الفقاريات، فإن التحكم بعد النسخي يشبه ذلك الذي يحدث في النباتات وقد يكون إرث آخر سلف مشترك من الحيوانات والنباتات. وهذا هو أول اختلاف نوعي يتم العثور عليه بين اللاسعات والحيوانات الأعلى. توفر هذه النتائج نظرة ثاقبة للطريقة التي يمكن أن تتطور بها مستويات مهمة من التحكم الوراثي بشكل مستقل أثناء التطور.

للحصول على معلومات على الموقع الإلكتروني لجامعة فيينا