سوپرژن ها نقش بزرگ تری در تکامل نسبت به آنچه قبلا تصور می شد بازی می کنند

بر اساس تحقیقات جدید در این زمینه، بلوک‌های عظیم ژن – که با هم به سبک «plug and play» به ارث رسیده‌اند – ممکن است نقش بزرگ‌تری در انطباق تکاملی نسبت به آنچه قبلا تصور می‌شد بازی کنند. طبیعت.

زیست شناسان 37 مورد از این به اصطلاح “ابر ژن” را در جمعیت های آفتابگردان وحشی شناسایی کردند و دریافتند که آنها انتقال مدولار طیف وسیعی از صفات مهم برای سازگاری با زیستگاه های محلی را کنترل می کنند. اینها شامل اندازه بذر، زمان گلدهی، و همچنین توانایی مقاومت در برابر تنش های محیطی مانند خشکی یا محدودیت در دسترس بودن مواد مغذی و بسیاری دیگر است.

مارکو تودسکو، ژنتیکدان دانشگاه بریتیش کلمبیا (UBC) می گوید: «ما کاملاً شگفت زده شدیم. مواردی که در آن سوپرژن‌های منفرد صفات تطبیقی ​​را کنترل می‌کردند قبلا گزارش شده بود، اما مشخص نبود که آیا آنها یک قاعده هستند یا فقط تعداد کمی استثنای عجیب و غریب. عظیم.”

بزرگترین سوپرژن شناسایی شده در این مطالعه از بیش از 100 میلیون جفت باز (بزرگتر از بسیاری از کروموزوم های انسانی) و 1819 ژن تشکیل شده است.

این مطالعه می‌تواند به حل سوالی کمک کند که نظریه انتخاب طبیعی داروین بی‌پاسخ مانده است، یعنی اینکه چگونه جمعیت‌های موجوداتی که در کنار یکدیگر زندگی می‌کنند و با یکدیگر جفت می‌شوند، هنوز می‌توانند ویژگی‌های منحصربه‌فرد را تطبیق دهند و به گونه‌های جداگانه واگرا شوند.

لورن ریزبرگ، زیست‌شناس تکاملی UBC می‌گوید: «در ابتدا، زیست‌شناسان تکاملی معتقد بودند که انزوای جغرافیایی بین جمعیت‌ها برای تمایز آن‌ها به نژادهای زیست‌محیطی یا گونه‌های جداگانه لازم است. اما تحقیقات اخیر نشان می‌دهد که جمعیت‌هایی که در کنار هم وجود دارند، می‌توانند و انجام می‌دهند، متمایز شوند.»

“به نظر می رسد صفاتی که بر چنین تمایزی حاکم است، با وجود تبادل ژنتیکی با جمعیت های ناسازگاری که در این نزدیکی هستند، با هم به عنوان سوپرژن به ارث می رسند. در بسیاری از موارد، گیاهان با قرض گرفتن یک یا دو سوپرژن از یک گونه مرتبط، قادر به سازگاری با محیط جدید هستند. که قبلاً اقتباس شده است.”

نمونه‌هایی از زیستگاه‌هایی که در آن‌ها سوپرژن‌ها نقش عمده‌ای در سازگاری گونه‌های آفتابگردان داشتند عبارتند از دشت ساحلی تگزاس، تپه‌های شنی و جزایر سد ساحلی خلیج مکزیک. در مورد دوم، یک سوپرژن با طول 30 میلیون جفت پایه، اختلاف زمان گلدهی بیش از دو ماه و نیم را بین آفتابگردان های سازگار با جزایر سد تگزاس و دشت های ساحلی کنترل می کند. نسخه اولیه سوپرژن که در جمعیت‌های جزیره سدی یافت می‌شود، در اصل از آفتابگردان معمولی آمده است.

در برخی موارد، گونه های دهنده برای سوپرژن ممکن است منقرض شده باشند. تودسکو می‌گوید: «آنچه که ما فکر می‌کنیم ممکن است اتفاق بیفتد این است که گونه‌ای به یک زیستگاه جدید می‌رسد، ابرژن‌های سازگار را از گونه‌های مرتبط محلی می‌دزدد و سپس آن گونه را جایگزین می‌کند. ما می‌توانیم این را «ابر ژن ارواح» بنامیم، سهم پایدار گونه‌ای که دیگر وجود ندارد.»

آفتابگردان‌های وحشی به دلیل تنوع و توانایی سازگاری با زیستگاه‌های نامناسب، به سیستمی برای مطالعات تکاملی تبدیل شده‌اند.

Lisey Mascarenhas، مدیر بخش کشاورزی و منابع طبیعی در Genome BC می گوید: “Genome BC از سال 2009 روی این کار سرمایه گذاری کرده است.” “همگرایی چشم انداز، سرمایه گذاری های استراتژیک، و رهبری علمی به پیشبرد نوآوری ها در تحقیقات ژنومیک آفتابگردان کمک کرده است که پیامدهای مهمی برای امنیت غذایی خواهد داشت و همچنان به جذب سرمایه گذاری جهانی در سال قبل از میلاد مسیح ادامه می دهد.”

محققان ژنوم بیش از 1500 گیاه را از سه گونه آفتابگردان وحشی: آفتابگردان معمولی (Helianthus annuus)، آفتابگردان دشتی (Helianthus petiolaris) و آفتابگردان با برگ نقره ای (Helianthus argophyllus) توالی یابی کردند. آنها سپس به ارتباط بین گونه های ژنتیکی و بیش از 80 صفت که در طول رشد گیاهان و همچنین با خاک و آب و هوای جمعیت های مبدا آنها نظارت داشتند، بررسی کردند. نتیجه بزرگ‌ترین و جامع‌ترین اثبات تا به امروز است که انواع ساختاری – بازآرایی‌های ساختار کروموزومی که عمدتاً مسئول ایجاد ابرژن‌ها در وهله اول هستند – نقش اساسی و گسترده‌ای در سازگاری و گونه‌زایی دارند.

علاوه بر سوپرژن‌ها، این مطالعه همچنین ژن‌های مستقل متعددی را شناسایی کرد که به نظر می‌رسد در برابر تنش‌های محیطی که آفتاب‌گردان‌های وحشی با آن مواجه هستند، از جمله خشکی، گرما و استرس کم مواد مغذی، مقاومت می‌کنند. این ژن‌های مستقل برای پرورش‌دهندگان آفتابگردان بسیار ارزشمند خواهند بود زیرا آنها ارقامی را توسعه می‌دهند که می‌توانند شرایط رشد شدیدتر پیش‌بینی‌شده در تغییرات آب و هوایی آینده را تحمل کنند. از نقطه نظر کشاورزی، آنها انعطاف پذیری بیشتری نسبت به ابرژن ها ارائه می دهند.

تودسکو می‌گوید: «از آنجایی که آنها به‌عنوان یک بسته کار می‌کنند، وارد کردن یک سوپرژن به یک آفتابگردان کشت‌شده به معنای حمل هر دو صفت مفید و مضر مرتبط با آن است.» در حالی که سوپرژن‌ها حاوی چندین ژن هستند که می‌توانند در یک محیط کشاورزی مفید باشند، آنها همچنین حاوی صدها ژن دیگر است که برخی از آنها ممکن است برای یک محصول چندان مفید نباشند. به عنوان مثال، با کاهش عملکرد یا اصلاح محتوای روغن دانه ها.