Asymmetric inter-kingdom gene transfer and a horizontal transposon invasion in a powdery mildew fungus
تكشف هذه الدراسة أن الانتقال الأفقي الأخير للحمض النووي بين النباتات والفطريات نادر وغير متماثل بشدة — حيث يتضمن في الغالب تدفق الجينات من الفطريات إلى النباتات وغزوًا واحدًا لعنصر مُعقّب من النبات إلى الفطريات — ومع ذلك، تعمل هذه التسلسلات المكتسبة لاحقًا على دفع تنوع جينومي كبير من خلال آليات مثل التضاعف، والفقدان، وتضخيم العناصر المُعقّبة.
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
بدأت الحياة على الأرض بشراكة هادئة. فقبل أكثر من 450 مليون سنة، لم تخرج النباتات الأولى من الماء بمفردها؛ بل شكلت تحالفات وثيقة مع الفطريات. ساعدت هذه الشركاء المجهريون المستعمرين الأوائل على البقاء في الظروف القاسية والجافة للعالم الجديد، عبر مقايضة العناصر الغذائية بالمأوى في علاقة استمرت منذ ذلك الحين. وعلى مر العصور السحيقة، عاش هذان المملكتان معاً عن قرب شديد لدرجة أن مادتهما الوراثية تقاطعت أحياناً عبر الحدود بينهما. هذه العملية، المعروفة باسم "النقل الأفقي"، تشبه "قرضاً جينياً" حيث يلتقط الكائن الحي قطعة من الحمض النووي من جاره بدلاً من وراثتها من والديه. وبينما كان العلماء يعلمون منذ فترة طويلة أن هذا يحدث، فقد واجهوا صعوبة في معرفة مدى تكرار حدوث ذلك بين أشكال الحياة المعقدة متعددة الخلايا مثل النباتات والفطريات، وماذا يحدث لذلك الحمض النووي المستعار بمجرد وصوله.
لقد أجرى فريق من الباحثين الآن نظرة جديدة على هذا السؤال من خلال مسح المخططات الجينية الكاملة لمئات الأنواع. وبدلاً من الاعتماد على خرائط الجينات الموجودة مسبقاً، والتي قد تغفل التسلسلات الجديدة أو غير العادية، قارنوا الحمض النووي الخام لـ 418 نوعاً مختلفاً من النباتات مقابل 1,081 نوعاً من الفطريات. سمحت هذه العملية البحثية الضخمة وغير المنحازة برصد حالات حديثة انتقل فيها الحمض النووي من مملكة إلى أخرى. ووجدوا أنه بينما كانت هذه الانتقالات نادرة، إلا أنها ليست عشوائية. فتدفق المادة الوراثية غير متكافئ بشكل كبير: إذ أن النباتات أكثر عرضة لاستقبال الحمض النووي من الفطريات مقارنة بالعكس. علاوة على ذلك، اكتشف الباحثون أنه بمجرد استقرار هذا الحمض النووي الغريب في مضيف جديد، فإنه لا يظل ساكناً هناك؛ بل يمكن نسخه، أو إعادة تشكيله، أو فقده، أو حتى الانفجار في العدد، اعتماداً على العائلة المحددة من النباتات أو الفطريات التي استقبلته.
وكشفت الدراسة أن في الأعشاب المعروفة باسم (Pooideae)، والتي تشمل القمح والشعير، قدمت الفطريات عدة جينات احتفظت بها النباتات وقامت بتعديلها. جاءت هذه الانتقالات تحديداً من مجموعة من الفطريات تسمى (Epichloë)، التي تعيش داخل الأعشاب كفطريات داخلية غير ضارة. ووجد الباحثون أن الأعشاب لم تكتفِ بقبول هذه الجينات فحسب، بل قامت بمضاعفتها. بعض هذه الجينات المستعارة توجد الآن في نسخ متعددة داخل نبات واحد، وقد بدأت النسخ في التصرف بشكل مختلف؛ فبينما قد تظل إحدى النسخ نشطة في الجذور، قد تكون نسخة أخرى صامتة، أو قد تغيرت بنيتها من خلال استبدال أجزاء داخلية منها. وهذا يشير إلى أن الأعشاب تجري تجارب نشطة على هذه المادة الوراثية الغريبة، مستخدمة إياها كمادة خام لتطوير سمات جديدة. وفي المقابل، في النباتات غير الوعائية مثل الطحالب، تختلف القصة؛ فعندما اكتسبت الطحالب جينات فطرية، كانت تميل إلى الاحتفاظ بها كنسخ مفردة. ومع ذلك، فإن هذه النسخ المفردة غير مستقرة؛ حيث وجد الباحثون أنه ضمن سلالات مختلفة من كبد الحجر (Marchantia polymorpha)، احتفظت بعض الأفراد بالجين بينما فقده آخرون تماماً، مما يظهر أن المشهد الجيني لا يزال في حالة تحول.
ولعل الاكتشاف الأكثر إثارة للدهشة كان حدثاً نادراً في الاتجاه المعاكس: قطعة من الحمض النووي النباتي قفزت إلى فطر. فقد حدد الباحثون نوعاً معيناً من العناصر الجينية المتحركة، وهو "الترانسبوزون" (transposon)، وأطلقوا عليه اسم عنصر "Gnawa". هذا العنصر، الذي نشأ في النباتات، وُجد مدمجاً في جينوم فطر بياض الطماطم، وهو ممرض يهاجم الطماطم. وخلافاً لجينات النبات التي وصلت إلى الفطريات ثم اختفت، فإن هذا الغازي الفطري لم يكتفِ بالبقاء فحسب، بل ازدهر. فبعد دخوله إلى الفطر، استيقظ عنصر "Gnawa" وبدأ في نسخ نفسه بقوة؛ حيث تضاعف حتى وصل إلى 172 نسخة من نسخة أصغر ومشتقة منه منتشرة في جينوم الفطر. وقد حدث هذا التوسع الهائل مؤخراً لدرجة أن النسخ تكاد تكون متطابقة فيما بينها. وقد أكد الباحثون أن هذا لم يكن خطأ في بياناتهم أو تلوثاً من نبات الطماطم نفسه، بل كان حالة حقيقية لاستيلاء "ترانسبوزون" نباتي على جينوم فطر.
ترسم هذه النتائج صورة لتبادل ديناميكي، وإن كان غير متكافئ، للمعلومات الوراثية. وتدحض الدراسة الفكرة القائلة بأن هذه الانتقالات هي أحداث شائعة واسعة النطاق تحدث بالتساوي بين جميع النباتات والفطريات؛ بل تبدو بدلاً من ذلك كحالات نادرة ومحددة مرتبطة بعلاقات بيئية وثيقة، مثل التكافل بين الأعشاب وشركائها الفطريين الداخليين. كما توضح الأبحاث أن مصير الحمض النووي المنتقل ليس موحداً؛ ففي بعض السلالات، يتم الحفاظ على الحمض النووي ومضاعفته، مما قد يوفر وظائف جديدة، بينما في سلالات أخرى، يكون الحمض النووي هشاً وعرضة للفقدان. ويضيف اكتشاف انتقال عنصر "Gnawa" من النبات إلى الفطر فصلاً جديداً في هذه القصة، مبيناً أن تدفق المادة الوراية يمكن أن يتحرك في كلا الاتجاهين، وعندما يحدث ذلك، يمكن أن يؤدي إلى تغييرات سريعة وجذرية في جينوم المستقبل. يسلط هذا العمل الضوء على أن الحدود بين الممالك ليست جامدة كما كان يُعتقد سابقاً، وأن تاريخ الحياة على الأرض لا يُكتب فقط في الجينات التي نرثها، بل أيضاً في الجينات التي نستعيرها.
غارق في أبحاث مجالك؟
تصلك نشرة يومية بأحدث الأبحاث المطابقة لكلماتك البحثية المفتاحية — مع ملخصات تقنية، بلغتك.