كيف تنشأ الجينات الجديدة؟
من أين تأتي الجينات الجديدة؟ سؤالٌ حاول فريق من الباحثين في العلوم البيولوجية بجامعة أركنساس الإجابة عليه في دراسة جديدة.
حاول الفريق الإجابة على هذا السؤال من خلال دراسة تطور بروتينات مضادة للتجمد في الأسماك، وهو تكيف ضروري يسمح للأسماك بالبقاء على قيد الحياة في المياه المتجمدة عن طريق منع تكوّن الجليد، وذلك من خلال ارتباط بروتينات التجمد ببلورات الجليد.
بحث الفريق هذه البروتينات في ثلاث سلالات غير مترابطة من الأسماك ووجدوا نتائج مفاجئة. فبينما تتشابه البروتينات وظيفيًا وبنيويًا في كل سلالة، إلا أنها تطورت بشكل مستقل من مصادر جينية مختلفة.
تعرف هذه الظاهرة باسم التطور التقاربي، وهي تمثل حالة نادرة من التقارب في تسلسلات البروتين، حيث تظهر نفس الصفات التكيفية، وحتى تسلسلات بروتينات متطابقة تقريبًا، عبر مسارات تطورية مختلفة تمامًا.
تُقدم الدراسة أمثلة ملموسة لآليات تطورية مختلفة يمكن أن تؤدي إلى نشوء جينات جديدة. وتشير النتائج إلى إمكانية تشكل الجينات الجديدة من خلال إعادة توظيف أجزاء من الجينات السلف، مع دمج مناطق ترميز جديدة تمامًا (أجزاء الحمض النووي التي تُشفر البروتينات).
يملأ هذا المفهوم المبتكر الفجوة بين تكوّن الجينات الجديدة كليًا من المناطق غير المشفرة وبين النموذج التقليدي الذي يُفترض فيه أن الوظائف الجديدة تنشأ من تكرار الجينات.
نُشرت الدراسة بعنوان «أصول متنوعة لبروتينات مضادة للتجمد متطابقة تقريبًا في سلالات سمكية غير مترابطة تُقدم رؤى لآليات تطور الجينات الجديدة والتقارب في تسلسل البروتين» في مجلة Molecular Biology and Evolution.
توضح الصورة أعلاه مواقع الجينات المضادة للتجمد (AFPI) والجينات المجاورة لها في الأنواع الثلاثة التي تمت دراستها. الأسهم والمثلثات تمثل الجينات واتجاهاتها، ويجدر التنويه إلى أن أحجام الأسهم لا تتناسب مع الطول الفعلي للجينات. المصدر: Molecular Biology and Evolution (2024). DOI: 10.1093/molbev/msae182
ضم فريق العمل المؤلفين المشاركين ناثان ريفز، وفينيتا لامبا، وكريستينا تشنغ، وشوان تشوانغ، والمؤلفان الرئيسيان المشاركان، ريفز ولامبا، طالبا الدكتوراه في مختبر تشوانغ في جامعة أريزونا الذي يديره الأستاذ المساعد في قسم العلوم البيولوجية والمشرف على الدراسة شوان تشوانغ. تشغل تشنغ منصب أستاذ في كلية علم الأحياء التكاملي في جامعة إلينوي أوربانا شامبين.
تقدم الدراسة أيضًا نموذجًا جديدًا يُعزز من فهمنا لآليات تطور الجينات الجديدة. يشرح هذا النموذج المعروف باسم «تكرار- انحلال – تباين» (Duplication-Degeneration-Divergence) كيف يمكن أن تنشأ وظائف جينية جديدة من الجينات الكاذبة المتحللة، وهي جينات كانت وظيفية في السابق لكنها فقدت وظيفتها الأصلية.
يبرز هذا النموذج أيضًا كيف يمكن أن تتطور الجينات التي كانت تبدو غير وظيفية أو «خاملة» إلى جينات ذات وظائف جديدة بالكامل، وهو مفهوم يحمل أهمية كبيرة في تفسير التكيف تحت الضغوط البيئية القصوى.
في سياق التطور الجزيئي، تمثل هذه الدراسة خطوة هامة نحو فهم كيفية نشوء الجينات الجديدة وتطورها، وتقديم رؤى جديدة حول التحول الوظيفي، أو تكيف الجينات وإعادة توظيفها.
ترجمة: علاء شاهين
المصدر: phys.org
