من الذي أعطى المن لونه؟

تنتج حشرات من الأوراق أصباغًا بمساعدة الجينات الفطرية

يونات أشهار ونوعام ليفيثان جاليليو

منّ البازلاء، أكرثوسيفون بيسوم، حشرة صغيرة تتغذى على عصارة النباتات، قد يكون لونها أخضر أو ​​أحمر. قد لا تبدو هذه المعلومات في حد ذاتها رائعة بشكل خاص، على الرغم من أنها مهمة جدًا بالنسبة لحشرات المن نفسها (تميل خنافس موسى إلى اصطياد حشرات المن الحمراء بشكل متكرر، بينما تفضل الدبابير الطفيلية في الواقع الدبابير الخضراء). والأمر الأكثر إثارة للاهتمام هو ما الذي يعطي حشرات المن المختلفة لونها؟

نشرت نانسي موران (موران) وتايلر جارفيك (جارفيك) من جامعة أريزونا النتائج التي توصلوا إليها حول هذا الموضوع في المجلة الأسبوعية. علوم. ووجدوا أن لون حشرة المن يرجع إلى جزيئات صغيرة تسمى الكاروتينات وهي شائعة جدًا بين البكتيريا والفطريات والنباتات. تحصل عليها الحيوانات من غذائها، وهي مهمة من بين أشياء أخرى كمضادات للأكسدة. العديد منها له لون، وبعض الحيوانات تحصل على لونها من الكاروتينات التي تستهلكها - اللون الوردي لطيور النحام ولون السلمون، على سبيل المثال، ينشأ من تحلل البيتا كاروتين، المعروف لدينا باسم المادة التي تتحول إلى فيتامين أ في أجسامنا، لذا يجب أن يكون حل اللغز بسيطًا: تأكل حشرات المن المختلفة كاروتينات مختلفة، وتحصل على ألوان مختلفة.

لكن بعض الأسئلة لا تزال دون حل. عصارة النباتات عبارة عن سائل مائي ويمكن إذابة الكاروتينات في الزيت ولكن ليس في الماء. إذا كان الأمر كذلك، فكيف تحصل حشرات المن على الكاروتينات؟ كيف يمكن أن تكون الكاروتينات الموجودة في حشرات المن مختلفة تمامًا عن تلك الموجودة في النباتات التي تأكلها؟ ولماذا يبدو أن خاصية اللون يمكن توريثها، في حين أن اللون الأحمر هو السائد على اللون الأخضر؟

توصل الباحثون إلى استنتاج مفاده أن حشرات المن نفسها لديها جينات تنتج الكاروتينات - وهو استنتاج ثوري إلى حد ما، لأنه حتى الآن لم يكن من المعروف أن أي حيوان ينتج هذه الجزيئات بمفرده. وقد سمح جينوم حشرة المن، الذي تم رسم خريطة له في عام 2010، للباحثين بالبحث عن هذه الجينات. وقد وجدوا أن بعض جينات حشرة المن أظهرت تشابهًا واضحًا مع جينات الفطريات، التي تصنع بروتينات وظيفتها إنتاج الكاروتينات. ولم تظهر هذه الجينات أي تشابه مع الجينات الموجودة في الحيوانات الأخرى. إن التشابه الكبير بين تسلسل الجين في كائن حي وتسلسل الجين في كائن حي آخر غالبا ما يشير إلى التماثل، أي الأصل المشترك للتسلسلات، وبالتالي وجود علاقة تطورية. على سبيل المثال، من الممكن العثور على الكثير من التشابه بين العديد من الجينات البشرية وجينات الشمبانزي، وحتى أقل من ذلك بين جينات الإنسان والفأر. لكن بالطبع لا أحد يقترح أن حشرة من البازلاء تطورت من فطر، فأصلها التطوري هو من الحشرات القديمة وهي أقرب إلينا من الناحية التطورية منها إلى الفطريات. كيف وصلت الجينات الناشئة في الفطريات إلى جينوم حشرة المن؟

تكمن الإجابة في آلية تسمى "نقل الجينات الأفقي" (الهندسة الوراثية، على سبيل المثال). على عكس النقل العمودي للجينات بين الوالدين والذرية (الطريقة المعتادة التي نحصل بها على جيناتنا)، فإن النقل الأفقي ينقل الجينات من كائنات ليست من أفراد العائلة وفي بعض الأحيان لا تنتمي حتى إلى نفس النوع البيولوجي. مثل هذا النقل شائع جدًا بين البكتيريا (وهو مسؤول عن العديد من حالات نقل الجينات المقاومة للمضادات الحيوية، على سبيل المثال)، ولكنه نادر في الحيوانات والنباتات. والسبب في ذلك هو أن الحمض النووي الخاص بنا محمي بشكل جيد في نواة كل خلية، ولدى الخلية آليات خاصة للتعرف على الحمض النووي الغريب وتحطيمه. ومع ذلك، هناك بعض الآليات التي تسمح بالانتقال الأفقي وقد لوحظت بعض هذه الحالات في الحيوانات. ولا يعرف الباحثون بالضبط كيف حدث النقل الأفقي في هذه الحالة، ولكن بما أن جميع الجينات الموجودة في حشرة المن مأخوذة من نفس القسم من الجينوم، فقد خلصوا إلى أن هذه القطعة من الحمض النووي انتقلت كما هي من الفطر إلى الخلية. المن. نظرًا لأنه يمكن أيضًا العثور على هذه الجينات في حشرة من الخوخ (Myzus Persicae) وعلى الرغم من أنها قد تكون خضراء أو حمراء، إلا أن الباحثين يفترضون أن نقل مجموعة الجينات حدث في السلف المشترك لحشرات المن. وبعد التحول، حدثت طفرة في أحد الجينات المسؤولة عن تحويل بعض الكاروتينات الخضراء إلى الحمراء. يحصل حشرات المن مع هذه الطفرة على لون أخضر، بينما تنتج حشرات المن التي لا تحتوي على هذه الطفرة كاروتينات حمراء تغطي هذا اللون.

وهذا مثال نادر إلى حد ما على النقل الأفقي، حيث استمرت الجينات في نشاطها ومفيدتها في البيئة الجديدة التي وجدت نفسها فيها. الآن، عندما يتم تسلسل ونشر المزيد والمزيد من جينومات الحيوانات والنباتات والفطريات، يمكننا أن نتوقع العثور على المزيد من هذه الأمثلة، حيث يتم مساعدة تطور نوع بيولوجي واحد عن طريق "سرقة" الجينات التي تطورت في نوع مختلف تمامًا.

المقال الأصلي:

موران، NA وجارفيك، T. النقل الجانبي للجينات من الفطريات يكمن وراء إنتاج الكاروتينات في حشرات المن. علوم 328، 624-627 (2010). دوى: 10.1126/science.1187113

تم نشر المقال الأصلي في مجلة جاليليو العدد 145، سبتمبر 2010