نتایج این مطالعه می توانند منجر به پیشرفت هایی در زمینه اصلاح نباتات و ژنتیک انسانی شوند. این مطالعه به بررسی این سوال پرداخت که آیا جهش های DNA تصادفی هستند؟ محققان دریافتند که جهش های DNA تصادفی نیستند. این یافته ها، درک ما را از تکامل تغییر می دهد و می تواند روزی به محققان کمک کند تا محصولات بهتری تولید کنند. حتی می تواند به انسان ها در مبارزه با سرطان کمک کند.
خب حالا داستان چیه؟
این مطالعه توسط دانشگاه کالیفرنیا، دیویس و موسسه ماکس پلانک برای زیست شناسی تکاملی در آلمان انجام شد. بر اساس این تحقیقات جدید، یک علف هرز ساده در کنار جاده ممکن است کلید درک و پیش بینی جهش DNA باشد. جهش زمانی رخ می دهد که DNA، آسیب دیده و ترمیم نشده باقی بماند و تنوع جدیدی ایجاد شود. دانشمندان می خواستند بدانند که آیا جهش ها کاملاً تصادفی هستند یا عوامل دیگری نقش دارند؟ چیزی که آنها پیدا کردند بسیار عجیب بود.
گری مونرو، استادیار دپارتمان علوم گیاهی دانشگاه کالیفرنیا دیویس و نویسنده اصلی این مقاله است. او گفت: ما اساساً جهش را یک تغییر تصادفی در ژنوم می‌دانستیم. در این مطالعه معلوم می شود که جهش بسیار غیر تصادفی است و به نفع گیاه انجام می شود. این یک روش کاملاً جدید برای تفکر در مورد جهش است.
نحوه انجام تحقیقات
گیاهانی که در آزمایشگاه رشد می کنند، تغییرات زیادی را ایجاد می کنند
کار در مؤسسه ماکس پلانک آغاز شد، جایی که محققان نمونه هایی را در یک محیط آزمایشگاهی محافظت شده پرورش دادند. سپس به گیاهانی با نقص هایی که ممکن است در طبیعت دوام نیاوردند، این امکان را می‌داد که بتوانند در یک فضای کنترل‌شده زنده بمانند.
محققان سه سال را صرف تعیین توالی DNA صدها علف هرز آرابیدوپزیس تالیانا یا شاهی تال کردند. یک علف هرز کوچک گلدار به دلیل ژنوم کوچکش که شامل حدود 120 میلیون جفت باز است، “موش آزمایشگاهی در میان گیاهان” نامیده می شود. انسان ها در مقایسه با این گیاه، تقریباً 3 میلیارد جفت باز دارند.
مونرو گفت: «این یک نمونه ارگانیسم برای ژنتیک است.»
تعیین توالی این صدها گیاه آرابیدوپزیس تالیانا، بیش از 1 میلیون جهش را نشان داد. برخلاف آنچه انتظار می رفت، در درون آن جهش ها یک الگوی غیر تصادفی آشکار شد. دتلف وایگل، مدیر علمی مؤسسه ماکس پلانک و نویسنده ارشد این مطالعه است. او گفت: در نگاه اول، آنچه ما پیدا کردیم با نظریه ثابت شده درباره ی جهش های اولیه و انتخاب طبیعی تناقض داشت.
آنها به صورت غیرتصادفی، تکه هایی از ژنوم را با نرخ پایین جهش پیدا کردند. در آن تکه ها، آنها از کشف بیش از حد ژن های ضروری شگفت زده شدند. ژن های ضروری مانند ژن هایی که در رشد سلولی و بیان ژن نقش دارند.
مونرو گفت: ” این مناطق، قسمت های مهم ژنوم هستند.” مناطقی که در برابر جهش محافظت می‌شوند، از نظر بیولوژیکی مهم ترین مناطق هستند. این مناطق همچنین به اثرات مضر جهش های جدید حساس هستند. وایگل افزود: «بنابراین به نظر می رسد که ترمیم آسیب DNA به ویژه در این مناطق مؤثر باشد.»
گیاه برای محافظت از خود تکامل می یابد
دانشمندان دریافتند که روش پیچیده شدن DNA در اطراف انواع مختلف پروتئین ها پیش بینی خوبی برای جهش یا عدم جهش یک ژن است. این بدان معناست که می‌توانیم پیش‌بینی کنیم که کدام ژن ها بیشتر از سایرین جهش می یابند. همچنین این راه ایده خوبی از آنچه در حال وقوع است، به ما می دهد.
این یافته ها پیچ و تاب شگفت انگیزی به نظریه چارلز داروین در مورد تکامل توسط انتخاب طبیعی اضافه می کند؛ زیرا نشان می دهد که این گیاه برای محافظت از ژن های خود در برابر جهش تکامل یافته است تا بقای خود را تضمین کند.
ویگل گفت: این گیاه راهی برای محافظت از مهم‌ترین مکان های خود در برابر جهش ایجاد کرده است. ما حتی می توانیم از این اکتشافات برای دستیابی به چگونگی محافظت از ژن های انسانی در برابر جهش استفاده کنیم.
نتیجه تحقیقات
دانستن اینکه چرا برخی از مناطق ژنوم بیشتر از سایرین جهش می‌یابند، بسیار مهم است. این مطالعه می تواند به پرورش دهندگانی که به تنوع ژنتیکی برای توسعه محصولات بهتر متکی هستند، کمک کند. دانشمندان نیز می توانند از این اطلاعات برای پیش بینی بهتر یا توسعه درمان های جدید استفاده کنند.
این اکتشافات گزارش کامل تری از الگو های نیرو های محرک تنوع طبیعی به ما می‌دهد. آنها باید راه های جدیدی را برای تحقیقات نظری و عملی در مورد نقش جهش در تکامل کشف کنند. نتایج این مطالعه در 12 ژانویه در ژورنال نیچر منتشر شد.
از نویسندگان مشترک دانشگاه کالیفرنیا دیویس می توان به دانیل کلیبنشتاین، ماریله لنسینک، ماری کلین از دپارتمان علوم گیاهی اشاره کرد. محققان مؤسسه علوم کارنگی، دانشگاه استنفورد، دانشگاه ایالتی وستفیلد، دانشگاه مونپلیه، دانشگاه اوپسالا، کالج چارلستون و دانشگاه ایالتی داکوتای جنوبی در این تحقیق مشارکت داشتند.
بودجه از سوی انجمن ماکس پلانک، بنیاد ملی علوم و بنیاد تحقیقات آلمان تامین شد.
منابع
- Materials provided by University of California – Davis. Original written by Emily C. Dooley. Note: Content may be edited for style and length.
- J. Grey Monroe, Thanvi Srikant, Pablo Carbonell-Bejerano, Claude Becker, Mariele Lensink, Moises Exposito-Alonso, Marie Klein, Julia Hildebrandt, Manuela Neumann, Daniel Kliebenstein, Mao-Lun Weng, Eric Imbert, Jon Ågren, Matthew T. Rutter, Charles B. Fenster, Detlef Weigel. Mutation bias reflects natural selection in Arabidopsis thaliana. Nature, 2022; DOI: 10.1038/s41586-021-04269-6
مترجم: فائزه الیاسی تولید | محتوا و ویراست: مطهره تقی پور
بیشتر بخوانید: تأثیر جهش های هیستونی بر سرطان های انسانی
