Dev Fern Genomunun Vakasını Kırmak


İnsanlar, birçok karmaşık organizma gibi, yaşamlarımızın kodlarını içeren büyük genomlara sahiptir. Koyu renk saçlarınızı, ince kemiklerinizi ve varoluşsal korkunuzu açıklamak ister misiniz? 46 kromozomunuza ve üç milyar nükleotid baz çiftinize bakın.

Ancak bu sayılar, iki kat daha fazla baz çifti ve üç kat daha fazla kromozom içeren başka bir organizmanın genomuyla karşılaştırıldığında hiçbir şey. Ahtapot mu? Bir fil? Orka mı? Hayır, uçan örümcek maymun ağacı eğreltiotu.

Güneydoğu Asya’da bulunan dayanıklı bir bitki olan uçan örümcek maymun ağacı eğreltiotu, gövdesinin tepesinde bir daire şeklinde yayılan düz yapraklara sahiptir ve devasa bir genoma sahip birçok spor salan bitkiden sadece biridir. Boyce Thompson Enstitüsü’nden bir botanikçi olan Fay-Wei Li’nin “eğreltiotu genomiklerindeki en büyük soru” dediği şey, bu kadar çok DNA’yı oluşturan veya gerektiren şeydir.

Mayıs ayında Dr. Li bir ekibe liderlik etti. sıralanmış bir cevap almaya çalışmak için uçan örümcek maymun ağacı eğrelti otunun tam genomu. sadece üçüncü kez bir eğrelti otunun DNA’sı tamamen haritalanmıştı ve ilk kez bu kadar büyük bir genoma sahip bir eğreltiotu diziliyordu. Geçen hafta iki daha fazla Nature Plants’de yayınlanan makaleler, bakire tüyü eğreltiotu ve “C-Fern” – genellikle laboratuvarda model organizma olarak kullanılan bir eğrelti otu olan Ceratopteris richardii – uçsuz bucaksız örümcek maymun ağacı eğreltiotuyla karşılaştırılabilir genomlara sahip olduğunu ortaya koydu.

Yıllarca süren bu araştırma patlaması, eğreltiotu genleri hakkında yarım asırlık bir hipoteze meydan okuyor. Stanford Üniversitesi’nde C-Fern’in dizilenmesine öncülük eden botanikçi Blaine Marchant, eğreltiotu genomu vakasını kapatmasa da, “bir bütün olarak genom evrimi hakkında bize çok şey söyleyebilir” dedi.

Smithsonian Enstitüsü’nde son araştırmalara dahil olmayan bir botanikçi olan Eric Schuettpelz, “Onlarca yıl oldu, ‘Hey, eğrelti otları, bunu gerçekleştirmemiz gerekiyor!’ diye yalvarıyorduk” dedi. “Bunlar gerçekten heyecan verici zamanlar.”

Neden bazı organizmaların diğerlerinden daha büyük genomlara veya daha fazla kromozoma sahip olduğu tam olarak açık değildir; Çok sayıda gene sahip bitki ve hayvanlar, fiziksel veya davranışsal olarak daha karmaşık değildir. Çoğu baz çifti için mevcut rekor sahibi – 149 milyar – bilimsel adı Paris japonica olan çiçekli bir bitkidir; çoğu kromozom için rekor sahibi – 1.440 – engerek dili eğreltiotu. Her iki bitki de küçüktür ve organizmalar ilerledikçe basittir.

Büyük genomlar için yaygın olarak kabul edilen bir açıklamaya poliploidi veya tüm genom kopyalanması denir. Tipik olarak üreme sırasında, iki gamet (orijinal kromozom sayısının yarısına sahip hücreler) bir araya gelerek tam bir gen paketi ile bir zigot oluşturur. Ancak bu gametler ilk oluştuğunda, kromozom çiftlerinin tamamen ayrılmaması, ebeveynlerininkinin iki katı büyüklüğünde bir genoma sahip bir zigota yol açması olabilir. Bu, çiçekli bitkilerin evriminin başlarında olmuş gibi görünüyor, ancak çoğaltılan genlerin çoğu, on milyonlarca yıllık doğal seçilimden sonra sıyrıldı.

Eğrelti otları çiçekli bitkilerle yakından ilişkilidir, ancak genomlarında kabaca yüzde 20 daha fazla baz çifti vardır. Bilim adamları yıllarca bunun neden böyle olduğunu merak ettiler. Daha sonra 1966’da, Science dergisinde bir makale yayınlandı. birçoğu aseksüel olarak üreyen eğrelti otlarının genom duplikasyonundan evrimsel bir avantaj elde ettiğini iddia ediyor. Esasen yazarlar, ekstra genlerin kalıtsal hastalıkları önlemeye yardımcı olan yedek kromozomlar sağladığını savundu.

Florida Doğa Tarihi Müzesi’nde C-Fern’in sıralanmasına yardımcı olan bir botanikçi olan Pamela Soltis, bunun “gerçekten etkili ve son derece yaratıcı bir makale” olduğunu söyledi. Fakat eğrelti otu genomları aslında toplu çoğaltma belirtileri içeriyor muydu, yoksa sadece büyük müydüler? Teoriyi doğrulamak için bu büyük genomların bazılarının dizilenmesi gerekiyordu.

Sonunda, bu yıl oldu – ve diziler poliploidi kanıtı göstermedi. Dr. Soltis, “Bunların hiçbiri gerçekleşmedi,” dedi. “Aslında, tüm bu soyda, yüz milyonlarca yıl geriye giden potansiyel olarak iki tekrarlama olduğuna dair yalnızca kanıt var.

C-Fern, büyük genomunu öncelikle tekrarlayan DNA’dan ve yer değiştirebilen elementlerden – genellikle kromozomlarda hareket eden ve tam olarak anlaşılmayan bir işlevle “atlayan genlerden” kazanmış gibi görünüyor. Dr. Soltis için, dizileme, eğreltiotu poliploidisinin uzun süredir devam eden hipotezine bir son verdi. “Bunun için tabuttaki çivi olduğunu düşünüyoruz” dedi.

Ama Dr. Li o kadar ikna olmamıştı. Uçan örümcek maymun ağacı eğrelti otunun DNA’sı, yaklaşık 100 milyon yıl önce bütün bir genom duplikasyonunun kanıtını içeriyordu ve genom o zamandan beri dikkate değer ölçüde sabit kaldı. Bu tek başına bir durum, ancak poliploidinin bitkiye evrimsel bir bacak sağladığı fikrini destekliyor gibi görünüyor. “Bir genom türü bu hipotezi desteklerken diğeri desteklemiyor” dedi.

Dr. Schuettpelz şunları söyledi: “Bu şeylerin ne yaptığına dair kesin bir kavrayışa sahip değiliz, ancak sadece şaşırdım. Gittikçe daha fazla genom ve bir bütün olarak eğrelti otlarını daha fazla temsil eden genomlar biriktirdikçe, işler gerçekten çok hızlı bir şekilde heyecan verici hale gelecek.”

İşte tüm eğrelti otu bilim adamlarının üzerinde anlaştığı bir şey vardı. Dr. Marchant, “Karşılaştırılacak daha fazla eğrelti otu genom topluluğunun yayınlanması, çıkarımları çok daha bilgilendirici hale getirecektir” dedi.

Dr. Soltis şunları söyledi: “Örneğin, çiçekli bitkilerin özelliklerini anlamak istiyorsak, onları tarihsel, evrimsel bağlamlarında karşılaştırabilmemiz gerekir. Ve bu iki büyük eğrelti otu genomu yayınlanana kadar gerçekten hiçbir referans yoktu.”

Dr. Soltis, genlerin dizilenmesi için yakın zamanda yapılan bir çabaya dahil olmuştur. Dünyadaki bilinen her yaşam formu. Projenin iddialı olduğunu kabul etti, ancak bilim de öyle. “Biz de dahil olmak üzere herhangi bir organizmada herhangi bir şeyin nasıl çalıştığını anlamak için, şu anda sahip olduğu işlevi üstlenmeden önce nereden geldiğine ve bağlamının ne olduğuna bakmanız gerekir” dedi.

Dr. Li şunları ekledi: “Peki, neye ihtiyacımız var? Daha fazla genoma ihtiyacımız var.”



Kaynak : https://www.nytimes.com/2022/09/12/science/fern-genetics-polyploidy.html

Yorum yapın