تکثیر ژنوم به عنوان استراتژی سازگاری تکاملی

0

تکثیر ژنوم به عنوان استراتژی سازگاری تکاملی

تکثیر ژنوم به عنوان استراتژی سازگاری تکاملی تکثیرهای ژنومی نقش عمده ای در ایجاد اشکال و ساختارهای موجودات گیاهی و تغییرات آنها در طی دوره های طولانی تکامل دارد. محققان برای تعیین دامنه تغییرات مختلف در طول ۳۰ میلیون سال ، آنها همه ۴۰۰۰ گونه از این خانواده گیاهی را تجزیه و تحلیل کردند و در سطح جنس تنوع ریخت شناسی آنها را با توجه به تمام صفات مشخص آنها بررسی کردند.

دانشکده ها : شکل خارجی یک گیاه ، که به مورفولوژی آن نیز معروف است ، به طور عمده به عوامل محیطی و تأثیر آنها بستگی دارد. این در مقیاس های کوتاه مدت توسعه فردی و همچنین در دراز مدت در مقیاس تکاملی صادق است.

“یک گونه گیاهی همیشه فقط بخشی از وسعت احتمالی تنوع ریخت شناسی را در بر می گیرد ، بنابراین اجازه می دهد که خطوط تکاملی مرتبط به عنوان یک گروه برای تفاوت مورفولوژیکی آنها مورد مطالعه قرار گیرد.” در مرکز مطالعات ارگانیسم (COS)  دامنه این اختلاف را می توان به عنوان یک پتانسیل تکاملی برای سازگاری با محیط های تغییر یافته و یک تمایز مرتبط دانست.

برای اندازه گیری تنوع ریخت شناسی ، محققان ابتدا صفات مشخصه ۴۰۰۰ گونه Brassicaceae را در یک چک لیست توصیف کننده هویت و همبستگی گونه ها ثبت کردند. آنها سپس از نسل بعدی تعیین توالی داده های DNA ، یک شجره نامه در سطح جنس ساختند تا پویایی های تکاملی اساسی را تجسم و آزمایش کنند. 

درخت مطالعه صفات پیچیده و تکامل آنها را در طول تکامل تسهیل می کند و آنها را در متن سایر فرایندها و رویدادها مانند تکثیر ژنوم یا تغییرات عمده در میزان گونه زایی قرار می دهد. تکثیر ژنوم ، یعنی ضرب کل ژنوم در یک سلول ، یک فرایند استثنایی را در گیاهان خشکی توصیف می کند تا تنوع ژنتیکی اضافی را در دسترس قرار دهد.

“یک نتیجه شگفت آور از مطالعه این است که هیچ نوآوری کلیدی با توجه به ویژگی های ریخت شناسی مورد مطالعه وجود ندارد. صفات شخصیت دائما تغییر می کنند و به نظر می رسد خودسرانه بارها و بارها جمع می شوند. خطوط تکاملی قدیمی از پتانسیل مورفولوژیکی استفاده می کنند  “اما از نظر اختلاف با یکدیگر تفاوتی ندارند. از این طریق ، تحول می تواند سریع و واگرا پیش رود.”

این الگوها با کپی برداری از ژنوم ، که منعکس کننده اجزای ژنتیکی است ، و همچنین افزایش سریع نرخ گونه زایی به عنوان بیانگر فشار انتخاب محیط های گذشته و در حال تغییر همراه هستند. بر این اساس ، Brassicaceae امروزی بیش از ۴۰ درصد گونه پلی پلوئید از خود نشان می دهد ، که مورد تکرار ژنوم قرار می گیرد و مجموعه ای از کروموزوم ها را حمل می کند. “این بدان معناست که گونه ای مانند گیاه شاهی ، Arabidopsis thaliana ، طی ۱۶۰ میلیون سال گذشته حداقل سه تکرار ژنوم را طی مراحل تکامل گیاهان شکوفا کرده است. با این حال این گونه هنوز فقط ده کروموزوم دارد زیرا ژنوم مجبور است متعاقباً تثبیت شده و معمولاً در طولانی مدت کاهش می یابد. “

این تحقیق عمدتا در چارچوب برنامه اولویت DFG “راه حل های گیاهی تکاملی برای چالش های زیست محیطی” (SPP 1529) انجام شده است. داده ها در یک پایگاه داده دسترسی عمومی در دسترس هستند.

تکثیرهای ژنوم باعث تکامل گونه ها می شود

 

تکثیر ژنوم باعث تکامل گونه ها می شود

تکثیر ژنوم باعث تکامل گونه ها می شود بسیاری از گیاهان وحشی و پرورشی از طریق ترکیب دو گونه بوجود می آیند. ژنوم این گونه های به اصطلاح پلی پلوئید غالباً از مجموعه ای چهارگانه از کروموزومها تشکیل شده است – مجموعه ای مضاعف برای هر گونه والدین – و در نتیجه دارای دو برابر بیشتر از گونه های اصلی ژن است. حدود ۵۰ سال پیش ، زیست شناسان تکاملی فرض کردند که این روند تکامل را هدایت می کند ، و منجر به ایجاد گونه های جدید می شود. با این حال ، به دلیل اندازه و پیچیدگی این ژنوم ها ، اثبات این نظریه در سطح ژنتیکی دشوار بوده است.

برای انجام این کار ، دانشمندان سوئیس و ژاپن از گونه های گیاهی Arabidopsis kamchatica استفاده کردند که بخشی از سرده راکبرس است. آنها ژنوم ۲۵ نفر از گونه های پلی پلوئید را از سراسر جهان و همچنین ۱۸ نفر از گونه های والدین آن را ترتیب دادند تا تنوع ژنتیکی طبیعی آن را بررسی کنند.

Arabidopsis kamchatica از طریق هیبریداسیون طبیعی دو گونه والدین A. halleri و A. lyrata بین ۶۵۰۰۰ و ۱۴۵،۰۰۰ سال پیش بوجود آمد. با ۴۵۰ میلیون جفت باز ، ژنوم آن برای یک گیاه پلی پلوئید تا حدودی کوچک است ، اما هنوز هم بسیار پیچیده است. محققان با استفاده از پیشرفته ترین روش ها و فناوری تعیین توالی و همچنین ابزارهای بیوانفورماتیک توانستند توالی ژنتیکی افراد گیاه را تعیین کنند.

با توجه به اطلاعات زیاد ژنتیکی ، A. kamchatica بهتر سازگار است تا با شرایط جدید محیطی سازگار شود. تیموتی پاپه ، دانشمند گیاهان ، می گوید: “با این نتایج ، ما در سطح ژنتیکی مولکولی نشان داده ایم که تکثیرهای ژنومی می تواند بر سازگاری ارگانیسم ها تأثیر مثبت بگذارد.” نسخه های متعدد ژن ، گیاه را قادر می سازد جهش های سودمندی داشته باشد در حالی که نسخه اصلی ژن های مهم را حفظ می کند.

سودمندی ژنوم دوگانه برای A. kamchatica در توزیع گسترده تر آن – در هر دو ارتفاع کم و زیاد – در مقایسه با گیاهان والدی آن قابل مشاهده است. زیستگاه آن از تایوان ، ژاپن و خاور دور روسیه تا آلاسکا و منطقه شمال غربی اقیانوس آرام ایالات متحده است. Kentaro Shimizu می گوید: “شناخت زمینه های ژنومی و تکاملی همچنین به ما کمک می کند تا درک کنیم که چگونه تنوع ژنتیکی به گیاهان اجازه می دهد تا خود را با شرایط متغیر محیطی وفق دهند.” تحقیق اخیراً منتشر شده توسط برنامه اولویت تحقیق دانشگاه تکامل در عمل: از ژنوم ها تا اکوسیستم های دانشگاه زوریخ پشتیبانی شد.

ارسال یک پاسخ

آدرس ایمیل شما منتشر نخواهد شد.