Utilising nuclear encoded plastid DNA to identify donors of grass-to-grass lateral gene transfer
تُظهر هذه الدراسة أن الحمض النووي للبلاستيدات المشفر نووياً (NUPTs) يمكنه تحديد الأنواع المانحة المحددة لنقل الجينات الأفقي من نوع عشبي إلى آخر بفعالية، مما يكشف أن نبات *Eremochloa attenuata* قد نقل بشكل مشترك قطعة من الحمض النووي تحتوي على كل من نقل جيني أفقي معروف سابقاً وحمض نووي بلاستيدي مشفر نووياً تم تحديده حديثاً إلى نبات *Alloteropsis semialata*.
البحث الأصلي مرخَّص بموجب CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). هذا شرح مولَّده بالذكاء الاصطناعي لبحث مسبق لم يخضع لمراجعة الأقران. وهو ليس نصيحة طبية. لا تتخذ أي قرارات تتعلق بصحتك بناءً على هذا المحتوى. اقرأ إخلاء المسؤولية الكامل
في المكتبة الشاسعة للحياة، ينتقل الحمض النووي (DNA) عادةً من الآباء إلى الأبناء، وهو وراثة عمودية تبني شجرة التطور فرعاً تلو الآخر. ولكن في بعض الأحيان، تكسر الطبيعة القواعد؛ إذ يمكن للحمض النووي أن يقفز جانبياً بين نوعين مختلفين لا يربطهما سلف مباشر، وهي ظاهرة تُعرف باسم "نقل الجينات الأفقي". وبينما كان يُعتقد سابقاً أن هذه الظاهرة هي مجرد حالة نادرة مقتصرة على الكائنات المجهرية البسيطة، يعلم العلماء الآن أنها تحدث بشكل متكرر في النباتات، ولا سيما في الأعشاب. فعندما يكتسب نوع من الأعشاب قطعة كبيرة من الحمض النووي من جار له، فإنه قد يكتسب سمات جديدة، لكن تحديد أي جار بالضبط هو من قدم هذه الهدية غالباً ما يكون لغزاً؛ فقد يكون المانح منقرضاً، أو قد يكون الحمض النووي قد تغير كثيراً بمر over الزمن لدرجة تجعل المصدر الأصلي غير قابل للتمييز. ولحل هذه المعضلة، يحتاج الباحثون إلى وسيلة لتتبع تاريخ هذه الجينات المنقولة بدقة عالية، والبحث عن الأدلة التي تصمد أمام مرور الزمن.
لقد تصدى فريق من العلماء مؤخ%ماً لهذه المشكلة من خلال البحث عن نوع محدد من الأحافير الجينية المختبئة داخل الجينومات النووية للأعشاب. ركزوا على عشب "ألوتيروبسيس سيميالاتا" (Alloteropsis semialata)، وهو نوع معروف باكتسابه لعدة قطع كبيرة من الحمض النووي من أعشاب أخرى. وفي نواة هذه النباتات، بحثوا عن حمض نووي نووي من أصل بلاستيدي، أو ما يُعرف بـ (NUPTs). وهذه القطع هي أجزاء من حمض النواة الكلوروفيلية (الدي إن إيه الخاص بالبلاستيدات الخضراء) — وهي المادة الوراثية المسؤولة عن عملية التمثيل الضوئي — التي أُدرجت بالخطأ داخل الجينوم النووي الرئيسي على مر ملايين السنين. وبما أن جينومات الكلوروفيل في الأعشاب محفوظة للغاية وقد تم تسلسلها لآلاف الأنواع، فإنها توفر خريطة مفصلة وضخمة تفتقر إليها الجينات النووية غالباً. افترض الباحثون أنه إذا اكتسب نبات ما قطعة كبيرة من الحمض النووي، فقد يكون قد التقط أيضاً (NUPT) كان مستقراً داخل جينوم ذلك المانح في ذلك الوقت. ومن خلال العثود على هذه الـ (NUPTs) وتتبع تاريخها التطوري، يمكنهم تحديد النوع المانح بدقة أكبر بكثير من مجرد النظر إلى الجينات المنقولة وحدها.
بدأ الفريق بمسح جينومات أربعة أصناف مختلفة من "ألوتيروبسيس سيميالاتا". وقارنوا الحمض النووي النووي لهذه النباتات بقاعدة بيانات لجينومات الكلوروفيل لمئات من الأعشاب الأخرى للعثور على تطابقات لا تنتمي للنبات نفسه. قاموا بتصفية التطابقات الضعيفة، محتفظين فقط بتلك الطويلة والمتشابهة جداً مع الكلوروفيل الغريب. كشفت هذه العملية عن عدد قليل من المرشحين الذين بدا أنهم مادة وراثية غريبة تم دمجها في نواة النبات. وللتأكد من شكوكهم، أعاد الباحثون بناء الأشجار العائلية لهذه القطع المحددة من الحمض النووي. ووجدوا أنه في اثنين من أصناف النبات، لم تكن الـ (NUPTs) تقع في مكانها المفترض لو كانت قد ورثتها النباتات عمودياً من أسلافها الخاصة؛ بل بدلاً من ذلك، استقرت هذه القطع بعمق داخل الفروع التطورية لمجموعات أخرى من الأعشاب، مما يشير إلى أنها اكتُسبت عرضياً.
في إحدى الحالات، حدد الباحثون (NUPT) يتجمع بشكل وثيق مع جنس "ديجيتاريا" (Digitaria)، وهو نوع من الأعشاب المعروف باسم عشبة السرة. وفي حالة أخرى أكثر تعقيداً، أشارت الـ (NUPT) نحو جنس "إريموكلوآ" (Eremochloa). ولتضييق نطاق البحث عن المانح الدقيق لعملية النقل الثانية، قام الفريق بتسلسل جينومات الكلوروفيل لاثني عشر نوعاً إضافياً من "إريموكلوآ" من عينات معشبة. وعندما أضافوا هذه التسلسلات الجديدة إلى تحليلهم، أصبحت الأدلة دامغة: فالقطعة الوراثية الغريبة في نبات "ألوتيروبسيس" كانت مرتبطة ارتباطاً وثيقاً بنوع محدد، وهو "إريموكلوآ أتينيواتا" (Eremochloa attenuata). كان التطابق الجيني قوياً لدرجة أن الباحثين استطاعوا تحديد المانح بثقة عالية، وهو أمر كان سيكون صعباً باستخدام الجينات النووية المشاركة في النقل وحده.
ذهبت الدراسة خطوة أبعد لمعرفة ما إذا كان الـ (NUPT) والجينات المنقولة المجاورة له قد انتقلا معاً. فحص الباحثون المنطقة من جينوم "ألوتيروبسيس" حيث وُجدت الـ (NUPT)، ولاحظوا أنها تقع مباشرة أسفل حدث نقل جيني أفقي تم تحديده مسبقاً. قاموا برسم خرائط لقراءات الحمض النووي القصيرة من المانح المشتبه به، "إريموكلوآ أتينيواتا"، على هذه المنطقة المحددة من جينوم "ألوتيروبسيس". غطت القراءات المنطقة باستمرار، وامتدت عبر الجينات المنقولة المعروفة وصولاً إلى المنطقة التي تحتوي على الـ (NUPT). يشير هذا النمط إلى أن كتلة الحمض النووي بأكملها، بما في ذلك الجينات الوظيفية وقطعة الكلوروفيل، قد نُقلت كقطعة واحدة مستمرة من المانح إلى المتلقي.
يسلط هذا النهج الضوء على طريقة جديدة وقوية لتتبع تاريخ التبادل الجيني. فمن خلال استخدام السجلات الوفيرة والمحفوظة جيداً للحمض النووي للكلوروفيل المختبئ داخل النواة، يمكن للعلماء تحديد مانحي أحداث نقل الجينات الأفقية بدقة أكبر بكثير. وجد الباحثون أن عمليات النقل هذه يمكن أن تشمل قطعاً كبيرة ومعقدة من الحمض النووي تتضمن كلاً من الجينات والمناطق غير المشفرة، وأن المانح نفسه يمكن أن يساهم في عمليات نقل متعددة. وبينما تعتمد هذه الطريقة على وجود هذه الأحافير الجينية المحددة وقد لا تصلح لكل عملية نقل قديمة، إلا أنها تقدم مساراً واضحاً لفهم كيفية تبادل الأعشاب للمادة الوراثية طوال تاريخها التطوري. إن القدرة على تحديد النوع المانح بدقة تفتح الباب لفهم الآليات التي تسمح للحمض النووي بالقفز بين الأنواع، والسمات التي تكتسبها الأعشاب من هذه التبادلات.
غارق في أبحاث مجالك؟
تصلك نشرة يومية بأحدث الأبحاث المطابقة لكلماتك البحثية المفتاحية — مع ملخصات تقنية، بلغتك.