ردیابی اصل و نسب هیبریدها با استفاده از روشی جدید

اگر تا به حال باغی نگهداری کرده اید، احتمالاً با هیبریدها، از گوجه فرنگی مقاوم به بیماری گرفته تا نیلوفرهای Stargazer آشنا هستید.

هیبریدها -; رایج در کشاورزی و همچنین در طبیعت -؛ کروموزوم هایی از دو یا چند گونه والد دارند. در برخی موارد، از جمله توت فرنگی، ماهی قرمز و چندین گونه دیگر، این کروموزوم های متفاوت والدین دو برابر می شوند، وضعیتی که به نام آلوپلی پلوئیدی شناخته می شود.

در مقاله ای که اخیراً در مجله منتشر شده است، در “امضاهای ترانسپوزون تکامل زیر ژنوم آلوپولیپلوئید” ارتباطات طبیعت، استادیار علوم زیستی دانشگاه بینگهامتون، آدام سشن و دانیل اس. رخسار، استاد ژنتیک، تکامل و توسعه در دانشگاه کالیفرنیا، برکلی، راهی را برای ردیابی این ژنوم ها به گونه والد هیبرید پلیپوید ارائه می دهند.

بر خلاف روش‌های قبلی، که از مقایسه با گونه‌های غیر هیبریدی مرتبط برای رمزگشایی اجداد چندپوستی استفاده می‌کنند، روش نویسندگان به آنها اجازه می‌دهد تا با مشاهده الگوهای ژنومی در خود هیبرید، اجداد متمایز را کشف کنند.

هر ژنوم اجدادی دارای مجموعه منحصر به فردی از عناصر تکراری است. بنابراین، اگر مجموعه‌ای از کروموزوم‌ها را در یک پلی‌پوید بیابیم که حامل عناصر تکراری مختلف هستند، نسب هیبریدی را ثابت می‌کند و به ما امکان می‌دهد بفهمیم کدام کروموزوم‌ها با هم از گونه‌های مولد مختلف به ارث رسیده‌اند.”

آدام سشن، استادیار علوم زیستی، دانشگاه بینگهامتون

در مقاله، آنها این روش را برای برخی از موارد به خوبی مطالعه شده هیبریدهای پلی پلوئید مانند تنباکو، پنبه و ماهی سیپرینید مانند طلایی و کپور اعمال می کنند. آنها همچنین از آن برای از بین بردن اجداد مورد مناقشه هیبریدهای دیگر، از جمله کتان کاذب و توت فرنگی استفاده می کنند.

“در بسیاری از موارد، اجداد پلی پلوئیدهای زنده مشخص نیست. با استفاده از روش ما، می‌توانیم منشأ اجدادی کروموزوم‌های مختلف را فقط با مطالعه خود ژنوم پلی پلوئید کشف کنیم و کروموزوم‌ها را به مجموعه‌ها یا “زیر ژنوم” تقسیم کنیم. برگرفته از اجداد مختلف آن است.» علاوه بر شناسایی زیرژنوم‌ها، می‌توانیم ترتیب قرار گرفتن آنها را نیز به شما بگوییم.

پلی پلوئیدیزاسیون -; تکرار ژنوم ها در یک هیبرید که تبار آن را تثبیت می کند – Session توضیح داد که در گیاهان بسیار شایع تر از حیوانات است، زیرا گیاهان بهتر می توانند چندین نسخه از ژنوم خود را تحمل کنند. فرآیند پلی پلوئیدی شدن بیشتر با گونه های جانوری درگیر است، اگرچه در برخی از ماهی ها و دوزیستان اتفاق می افتد. در مورد ماهی قرمز، نویسندگان برای اولین بار ثابت کردند که توالی ژن های تکراری مشابهی با ماهی کپور معمولی دارند و بنابراین یک اجداد هیبریدی مشترک دارند.

پلی پلوئیدی در پستانداران ناشناخته است، اگرچه هیبریداسیون هنوز امکان پذیر است. به عنوان مثال قاطرها را در نظر بگیرید که ترکیبی بین اسب و الاغ هستند: قاطرهای نر به طور موثر عقیم هستند، اگرچه قاطرهای ماده می توانند با هر یک از گونه های والدین جفت شوند. اما بدون تکثیر ژنومی، نوع هیبرید متمایز نمی تواند به طور پایدار تکثیر شود.

تتراپلوئیدی مانند پنبه دارای چهار نسخه از هر کروموزوم است، دو نسخه از هر یک از دو اجداد، در حالی که هگزاپلوئیدها -; مانند کتان کاذب -؛ دارای شش کروموزوم مشتق از سه گونه والد. با هشت نسخه از هر کروموزوم، یک اکتوپلوئید مانند توت فرنگی در نهایت دارای چهار گونه اجدادی است.

پلی پلوئیدها زیست شناسی پیچیده ای دارند که هنوز در حال رمزگشایی است و کشف ساختار زیر ژنوم ژنوم آنها گامی رو به جلو است. در طی میلیون‌ها سال، ژن‌های ایجاد شده توسط هر یک از گونه‌های والدین در بافت پلی‌پلوئیدی جدید خود تکامل می‌یابند. برخی از ژن های اضافی از بین می روند یا غیرفعال می شوند. دیگران می توانند عملکردهای جدید یا تعاملات جدیدی با همتایان خود در زیر ژنوم های دیگر ایجاد کنند. کار جدید استدلال می‌کند که ترتیبی که گونه‌های والدین به ترکیب پلی‌پلوئیدی نوظهور در پلی‌پلوئید بالاتری مانند توت‌فرنگی اضافه می‌شوند، می‌تواند تأثیر عمیقی بر چگونگی این فرآیندهای تکاملی داشته باشد. به گفته نویسندگان، تفکیک تأثیر این موارد تکراری بر پلی پلوئید در حال تکامل یک چالش مداوم است.

Session گفت: “درک تکامل ژنوم پلی پلوئید به عنوان یک کل برای حوزه وسیع تر زیست شناسی گیاهی مهم است.” بسیاری از محصولات مهم مانند ذرت و محصولات سوخت زیستی نوظهور مانند میکانتوس و سوئیچ گراس تحت تأثیر این فرآیند قرار می گیرند و ما امیدواریم که از انعطاف پذیری ژنومی آنها برای پرورش گونه های جدید و بهبود یافته استفاده کنیم.