یک مطالعه جدید دیدگاه سنتی سوئیچ های ژنی را به چالش می کشد

طرح اولیه اشکال گیاهی و جانوری در DNA آنها رمزگذاری شده است. اما تنها بخش کوچکی از ژنوم – حدود 2٪ در پستانداران – حاوی ژن، دستورالعمل ساخت پروتئین است. بقیه عمدتاً زمان و مکان فعال بودن این ژن‌ها را کنترل می‌کنند: چند نسخه از آنها تولید می‌شوند و بنابراین تعداد پروتئین‌ها از آن نسخه‌ها ساخته می‌شوند.

برخی از این توالی‌های تنظیمی، که «افزایش‌دهنده» نامیده می‌شوند، مانند سوئیچ‌های دیمری عمل می‌کنند که برای تعدیل نور در اتاق نشیمن ما استفاده می‌شوند. در واقع، آنها به طور خاص بیان یک ژن خاص را در مکان و زمانی که آن ژن مورد نیاز است، افزایش می دهند. ژن‌های کنترل کننده مورفولوژی اغلب به چندین تقویت‌کننده مستقل پاسخ می‌دهند، که هر کدام بیان ژن را در قسمت متفاوتی از بدن تعیین می‌کنند.

تقویت کننده های کنترل مگس میوه رنگ آمیزی

تا به حال تصور می شد که تقویت کننده ها ماژولار هستند. این اصطلاح نشان می دهد که هر تقویت کننده یک منطقه جدا شده از DNA را اشغال می کند. مریم موسریدزه توضیح می دهد: «با این حال، ما نشان دادیم که این کاملا درست نیست. او دانشجوی دکترا در موسسه زیست شناسی ارگانیسمی بن در گروه پروفسور دکتر نیکولاس گامبل و اولین نویسنده این مطالعه است. گامبل همچنین عضو منطقه تحقیقاتی میان رشته ای (TRA) “زندگی و سلامت” در دانشگاه بن است.

محققان نحوه نامگذاری این ژن را بررسی کردند زرد در مگس سرکه تنظیم می شود مگس میوه. این ژن باعث می شود حشره رنگدانه قهوه ای ملانین را تولید کند. تعدادی تقویت کننده وجود دارند که فعالیت را کنترل می کنند زرد. به عنوان مثال، یکی مسئول رنگدانه شدن دندان های لارو است و دیگری مسئول تشکیل الگوی راه راه روی شکم مگس است.

مسیریدس می‌گوید: «ما نگاهی دقیق‌تر به چند مورد از این تقویت‌کننده‌ها انداختیم. اولی تشکیل الگوی رنگ روی بال ها را کنترل می کند، در حالی که دومی رنگ سر، سینه و شکم را کنترل می کند. هر دو به طور همزمان در طول دگردیسی مگس فعال هستند. این تیم کشف کردند که تقویت کننده بدن، همانطور که انتظار می رود، در ناحیه متفاوتی از DNA نسبت به تقویت کننده بال قرار ندارد. در عوض، نواحی بزرگی از DNA وجود دارد که به هر دو سوئیچ ژنتیکی تعلق دارند، یعنی رنگدانه‌های بال و بدن را تحت تأثیر قرار می‌دهند.

نتایج نشان می دهد که ساختار توالی های تنظیمی در ژنوم بسیار پیچیده تر از آنچه قبلا تصور می شد است. این پیامدهای گسترده ای برای چگونگی تغییر صفات در طول تکامل دارد. با توجه به دانش فعلی، تقویت کننده ها نقش عمده ای در این فرآیند دارند.

تقویت کننده ها به عنوان یک زمین بازی توسعه

این به این دلیل است که بسیاری از پروتئین ها برای یک ارگانیسم بسیار مهم هستند که جهش در ژن های آن (یعنی توالی DNA که حاوی دستورالعمل های ساخت پروتئین است) باعث مشکلات جدی یا حتی مرگ حتمی می شود. در نتیجه، ژن‌هایی که شکل بدن را کنترل می‌کنند، مانند تعداد بال‌ها یا پاها، به ندرت در طول تکامل تغییر می‌کنند. تقویت‌کننده‌ها راهی برای خروج از این معضل ارائه می‌دهند: وقتی جهش پیدا می‌کنند، فعالیت ژن مربوطه تغییر می‌کند، اما فقط در یک بافت خاص و در یک زمان خاص.

مریم مسیریدس می گوید: «بنابراین هزینه جهش یک تقویت کننده اغلب کمتر از هزینه جهش مستقیم یک ژن است. این باعث می شود که صفات جدید در طول تکامل ظاهر شوند. این مانند پختن کیک است: اگر تخم مرغ، آرد، شیر و شکر را مخلوط کنید، بسته به نسبت مخلوط کردن، می توانید انواع کاملاً متفاوتی از خمیر بدست آورید. در این استعاره، تقویت کننده ها مسئول کمیت مواد هستند، نه نوع مواد تشکیل دهنده.

یک جهش ژنتیکی مانند جایگزینی تصادفی یک عنصر با چیزی کاملاً متفاوت است – به عنوان مثال، استفاده از خاک اره به جای آرد. نتیجه قطعا خیلی خوب نخواهد بود. از طرف دیگر، جهش در یکی از تقویت کننده ها باعث تغییر مقدار آرد می شود. مسیریدس می‌گوید: «اگر تقویت‌کننده‌ها آنقدر که ما فکر می‌کردیم مدولار نباشند، به این معنی است که جهش‌ها در آنها می‌توانند اثرات بسیار گسترده‌تری داشته باشند. این بدان معنی است که چنین جهشی می تواند بر مقدار چندین جزء به طور همزمان تأثیر بگذارد. با این حال، همچنین ممکن است که تقویت کننده ها استقلال خود را حفظ کنند و به کنترل مقدار یک جزء ادامه دهند، حتی اگر دنباله های آنها با هم تداخل دارند و به اشتراک گذاشته می شوند. پروفسور گامبل توضیح می دهد: «اکنون می خواهیم این احتمالات را با جزئیات بیشتری بررسی کنیم. ما همچنین می‌خواهیم بدانیم یافته‌های ما چقدر کلی هستند و این موضوع چگونه بر درک ما از مکانیسم‌های تکاملی تأثیر می‌گذارد.»