پروتئین‌های جدید و ارتباطشان با ژن‌های de novo

پروتئین‌های تکامل یافته جدید
0 ۱

یکی از مهمترین سوالات در زیست شناسی این است که چگونه پروتئین‌های جدید به سرعت در موجودات زنده تکامل می‌یابند. پروتئین‌ها، بلوک‌های ساختمانی هستند که عملکردهای حیاتی زندگی را انجام می‌دهند. همانطور که ژن‌های مسئول ساخت پروتئین تغییر می‌کنند، پروتئین‌ها نیز تغییر می‌کنندو ویژگی‌های جدیدی را به وجود می‌آورند که در نهایت منجر به تکامل گونه‌های جدید می‌شوند.

مطالعه نحوه تکامل پروتئین‌های جدید

یک مطالعه جدید که توسط دانشمندان دانشگاه شیکاگو رهبری می‌شود و در Nature Ecology منتشر شده است، یکی از پیش فرض های کلاسیک در مورد نحوه تکامل پروتئین‌های جدید را بررسی می کند.
این تحقیق نشان می‌دهد که بخش‌های تصادفی و کدنشده DNA می‌توانند به سرعت تکامل پیدا کنند تا پروتئین‌های جدید تولید کنند. ژن‌های de novo روش جدیدی را کشف می‌کنند که پروتئین‌ها تکامل می‌یابند. این پروتئین‌های تکامل یافته به تنوع زیستی کمک می‌کنند.

دکتر Manyuan Long، استاد اکولوژی و تکامل در UChicago و نویسنده ارشد مطالعه‌، می‌گوید: با استفاده از یک مقایسه ژنومی بزرگ ما نشان دادیم که توالی‌های کد نشده ژنوم می‌توانند به پروتئین‌های کاملا جدید تبدیل شوند.

سومین روش تکامل ژن‌های جدید

برای چندین دهه، دانشمندان معتقد بودند که تنها دو راه وجود دارد برای تکامل ژن های جدید وجو دارد:

1.تکثیر
2.واگرایی یا نوترکیبی

در طی فرآیند طبیعی همانندسازی و ترمیم یک بخش از DNA کپی می‌شود و یک نسخه تکراری از ژن ایجاد می‌کند. سپس، یکی از این نسخه‌ها ممکن است جهش هایی را به وجود آورد که عملکرد آن را به اندازه کافی تغییر می‌دهد و به یک ژن متمایز جدید  تبدیل می شود.با نوترکیبی قطعات ژنتیکی برای ایجاد ترکیبات جدید و ژن‌های جدید مجددا تغییر می کنند.
با این حال، این دو روش فقط تعداد کمی از پروتئین ها را  با توجه به مجموع تعداد ترکیبات ممکن از اسیدهای آمینه که آنها را تشکیل می‌دهند، ایجاد می‌کنند. دانشمندان مدتها است که درباره مکانیسم سوم فکر می‌کنند.
ژن‌های de novo می‌توانند از ابتدا تکامل پیدا کنند . تمام ارگانیسم‌ها دارای مواد ژنتیکی طولانی هستند که پروتئین‌ها را کد نمی‌کنند و گاهی بالغ بر 97 درصد از کل ژنوم را شامل می‌شود.

آیا ممکن است بخش‌های غیر کدکننده جهش‌هایی را ایجاد کنند که ناگهان آنها را دارای عملکرد کند؟

این مطالعه دشوار است، زیرا نیازمند ژنوم مرجع با کیفیت بالا از چند گونه نزدیک به هم است که توالی اجدادی ژن‌های غیر کدکننده و ژن‌های جدید بعدی که از آنها تکامل یافته است را نشان‌می دهد. بدون این روش واضح و روشن از تکامل، هیچ راهی برای اثبات یک ژن de novo نیست.

برای غلبه براین چالش‌ها تیم لانگ از 13 توالی ژنوم جدید واز 11 گونه نزدیک از گیاهان برنج از جمله Oryza sativa که  از شایع‌ترین مواد غذایی است، استفاده کرد.
پس از تجزیه و تحلیل ژنوم این گیاهان، آنها حداقل 175 ژن de novo را شناسایی کردند. تجزیه و تحلیل اسپکترومتری جرمی از فعالیت پروتئین توسط گروهی از محققان BGI-Shenzhen، یک مرکز تعیین توالی ژنوم، انجام شد.

ویژگی گیاه مناسب برای درک ایجاد پروتئین‌های جدید

آنها شواهدی را دریافت کردند که 57 درصد از این ژن ها به پروتئین های جدیدی از شامل بیش از 300 پپتیدهای جدید تبدیل شده است. با استفاده از نخستین مجموعه داده‌های بزرگ از ژن‌های معتبر‌de novo، تیم Long یک الگوی تکامل را تشخیص داد.
لانگ می‌گوید: گیاهان Oryza ژنوم خوبی برای جستجوی ژن‌های de novo هستند، زیرا آنها نسبتا جوان هستند.شما هنوز می توانید شواهدی از تکامل موجود در ژنوم موجود خود را مشاهده کنید. این 11 گونه فقط از حدود سه تا چهار میلیون سال پیش از یکدیگر جدا شده بودند، بنابراین همه گونه های جوان هستند.به همین دلیل، وقتی ژنوم  را دنبال می کنیم، تمام توالی‌ها بسیار شبیه هستند. آنها چندین نسل از تغییرات را ذخیره نکرده اند، بنابراین تمام قسمت های غیرکد کننده قبلی هنوز وجود دارد.

اهداف آینده

لانگ و تیم او بعدا می‌خواهند پروتئین‌های جدید را مطالعه کنند تا بیشتر عملکرد آنها را درک کرده و تکامل آنها را ببینند و ببینند آیا چیزی درباره ساختار آنها منحصر به فرد است یا خیر.
اگر ژنهای de novo یک مسیر ناشناخته برای تکامل را باز کنند، آنها می‌توانند مکانیزم‌هایی برای ایجاد توابع سلولی جدید و بهبود یافته را نشان دهند.به عنوان مثال، محققان شواهدی از انتخاب طبیعی را برای تأیید اضافه شدن و حذف در ژنوم برای تولید توالی‌های پروتئینی جدید و یا تکامل دنباله‌ها برای بهبود عملکرد آن کشف کردند.

لانگ می‌گوید: پروتئین‌های جدید ممکن است توابع خاصی را بهبود بخشند یا به تنظیم ژن‌ها کمک کنند. هرگام از راه، پروتئین‌ها می‌توانند نوعی از سود را برای ارگانیسم به ارمغان بیاورند تا زمانی که به تدریج در ژنوم ثابت شود.

منبع:

yon.ir/kyPu2

ارسال یک پاسخ

آدرس ایمیل شما منتشر نخواهد شد.