تُعَد جينات MADS-box من أهم العناصر التنظيمية في حقيقيات النوى، وقد شهدت تنو عاً هائلاً في النباتات الخضراء. خضعت هذه الجينات سابقًا لدراسات مكث فة، لكن أصلها ومسار تطو رها، ولا سيما الروابط بين أنماطها المختلفة وتنو ع وظائفها، ما زالت غير واضحة تماماً.
ولمعالجة هذه الإشكالية، قام باحثون من الحديقة النباتية في ووهان التابعة للأكاديمية الصينية للعلوم بتسليط الضوء على محاور أساسية في تطو ر جينات MADS-box لدى النباتات الخضراء. ومن خلال تحليل شامل للبيانات الجينومية والنسخية لدى 551 نوعاً ممث لاً من حقيقيات النوى، ودمج الأدلة المستخلصة من تسلسلات الحمض النووي والبنية البروتينية، أعاد القائمين على الدراسة بناء التاريخ التطو ري لهذه الجينات الحيوية. وقد نُشرت نتائجهم في مجلة اتصالات النبات Plant Communications.
التصنيف البنيوي والتطوري
استطاع الفريق تحديد 4,899 تسلسلاً لجينات MADS-box عبر445 نوعاً، وقس مها إلى فئتين رئيسيتين: النمط الأو ل و النمط الثاني، وذلك بالاعتماد على خصائصها البنيوية وصلاتها التطورية بجينات MADS-box الموصوفة في كل من النباتات والحيوانات.
الأصل المتعدد للنمط الأول
أظهرت نتائج الدراسة أن جينات النمط الأول في النباتات ذات أصل متعدد: فجميع الجينات المأخوذة من الطحالب الخضراء (الكلوروفايت) وجزء من جينات Mα في النباتات الأرضية (المشار إليها بـ Mα-1)) هي متماثلة الأصل مع جينات عامل الاستجابة المصلية (SRF).
أما بقية جينات Mα في النباتات الأرضية (المشار إليها بـ Mα-2))) إلى جانب جميع جينات Mβ وMγ، فضلاً عن جينات النمط الثاني، فهي متماثلة الأصل مع جينات عامل تعزيز الخلية العضلية (MEF2).
أحداث تضاعف قديمة وتطور جينات MIKC
كشف التحليل عن وقوع حادثتين قديمتين من تضاعف الجينات في السلالة الجذرية للستربتوفيتات (Streptophytes)
أفضى الحدث الأول إلى انقسام جينات النمط الثاني إلى فرعين مميزين.
أعقبه تضاعف ثانٍ نتجت عنه سلالتان أصليتان من جينات MIKC، تولد عنهما لاحقاً فرعا MIKCC و MIKC.
تشير النتائج إلى أن جينات MIKC في الطحالب الكارية ليست مرتبطة بجينات MIKC، بل هي أقرب بكثير إلى جينات MIKCC في النباتات الأرضية، ما يجعل إعادة تصنيفها ضمن MIKCC أكثر دقة من الناحية التطورية.
التغير البنيوي للبروتينات
أظهرت البروتينات السلفية لـ MIKCC هيئة شبه كروية، تحوي تراكيب حلزونية طويلة فرضت قيوداً فيزيائية على عملية تشكيل المركبات البروتينية الرباعية. ومع تطور النباتات الأرضية، طرأت تغييرات جوهرية على هذه البنية، أبرزها تقصير النهايات الكربوكسيلية. أتاح هذا التقصير كشف النطاقات الأساسية بشكل كامل، وهو شرط بنيوي ضروري لتكوين المركبات البروتينية الرباعية. كما أظهر الجزء الثالث من المجال الكيراتيني في بروتينات MIKCC (ولا سيما في السرخسيات) إثراءً بالأحماض الأمينية الكارهة للماء، ما يشير إلى تكيف تطوري محتمل ارتبط بتنوع آليات التجمع البروتيني (Oligomerization) في النباتات الأرضية.
الأسلاف المشتركة للسرخسيات وبذريات البذور
أظهرت التحليلات الوراثية أن أربعة فروع رئيسية من جينات MIKCC كانت قد تكونت بالفعل لدى السلف المشترك للسرخسيات وبذريات البذور، ويُحتمل أنها شكلت الأساس الجيني الأولي الذي مهد لتنوع الوظائف لدى هذه الجينات في النباتات البذرية.
الخلاصة
تكشف هذه الدراسة عن ثلاثة محاور محورية في تطور جينات MIKCC:
• توضيح الأصل المتعدد لجينات النمط الأول في النباتات.
• توثيق حادثة تضاعف مبكرة في السلالة الجذرية للستربتوفيتات نتج عنها فرعا MIKCC و MIKC.
• رسم ملامح المسار التطوري المتدرج الذي أتاح ظهور التنوع الوظيفي لجينات MIKCC في النباتات البذرية.
ترجمة: علاء شاهين
