لا تحدث طفرات الحمض النووي عن طريق الصدفة – فالاكتشاف يغير نظرتنا إلى التطور

التغلب على التناقضات في لعبة فرصة الطفرات

إن اكتشاف أن النباتات تحافظ على جيناتها الأساسية يغير نظرتنا إلى التطور.

الطفرات الحمض النووي وفقًا لبحث جديد أجراه معهد ماكس بلانك للبيولوجيا في ألمانيا وجامعة كاليفورنيا ديفيز في الولايات المتحدة ، فإن هذا لا يحدث تقريبًا كما كان يُعتقد سابقًا. الاكتشافات لديها القدرة على تغيير نظرتنا للتطور بشكل كبير. يمكن أن يكون للذكاء تأثير دائم ، من المعرفة الأفضل بزراعة المحاصيل إلى التنبؤات بالتضاريس المشتركة في السرطانات.

تعتبر الطفرات التي تحدث عندما يتلف الحمض النووي دون إصلاح وقودًا رئيسيًا للتطور. الفرضية المركزية لنظرية التطور لداروين هي أنها تنشأ تلقائيًا ، وأن الانتقاء الطبيعي هو الوحيد الذي يحدد الجينات التي تتغير بسرعة وببطء أثناء التطور. هذا الافتراض الأساسي قد أثير الآن.

قال غراي مونرو ، الأستاذ المساعد في قسم علوم النبات بجامعة كاليفورنيا في ديفيس والمؤلف الأول للدراسة ، “لقد اعتقدنا دائمًا أن الطفرات تحدث فقط عن طريق الصدفة في جميع أنحاء الجينوم.”

يقول Deadleaf Weigel ، مدير العلوم في معهد ماكس بلانك للبيولوجيا وكبير مؤلفي الدراسة: “هذا منظور مبتكر تمامًا حول كيفية عمل الطفرات والتطور”.

حكاية كريس (Arabidopsis taliana). الائتمان: معهد ماكس بلانك لعلم الأحياء دوبنغن

حماية النباتات من الطفرات الضارة

طور الباحثون عينات من الأعشاب الموزعة على نطاق واسع أرابيدوبسيس تاليانا في بيئة معملية آمنة ، يمكن لجميع النباتات أن تتكاثر ، بما في ذلك الطفرات الضارة. عادة ما يتم إزالة هذه الطفرات الضارة بسرعة عن طريق ضغوط الانتقاء الطبيعي ، لذلك تختفي قبل أن يتم ملاحظتها. من خلال تحليل جينات مئات النباتات المزروعة في المختبر ، يمكن للعالم تحديد آلاف الطفرات عند ظهورها.

كشفت التحليلات الإحصائية المتطورة أن هذه الطفرات لم تكن بأي حال من الأحوال موزعة تقريبًا في الجين ، كما توقع الباحثون. وبدلاً من ذلك ، وجدوا امتدادات للجين حيث تكون الطفرات نادرة والطفرات أكثر شيوعًا. في تلك المناطق التي بها بعض الطفرات ، تكون الجينات المطلوبة لكل خلية وتلك الضرورية لبقاء كل نبات مبالغًا فيها. يقول ويجل: “هذه مناطق الجين الأكثر حساسية للآثار الضارة للطفرات الجديدة ، ويمكن أن يكون إصلاح تلف الحمض النووي فعالًا بشكل خاص في هذه المناطق”. التطور يشبه اللعب بالنرد المركب – فهو يقلل من خطر إتلاف الجينات الأكثر أهمية.

تكاثر حب الرشاد الداليا في ظروف معملية في الدفيئة. الائتمان: معهد ماكس بلانك لعلم الأحياء دوبنغن

منظور جديد للنظرية التطورية الكلاسيكية

وجد العلماء أن الأنواع المختلفة من البروتينات التي تحيط بالحمض النووي في الخلية مرتبطة ارتباطًا وثيقًا بأصل الطفرات. يقول مونرو: “إنه يعطينا فكرة أفضل عما يحدث حتى نتمكن من التنبؤ بالجينات التي من المرجح أن تتغير أكثر من غيرها”.

أكد ويجل كيف أن النتائج غير متوقعة تمامًا في ضوء نظرية التطور الكلاسيكية: “من المعروف منذ فترة طويلة أنه أثناء التطور ، تتراكم بعض أجزاء الجين طفرات أكثر من الأجزاء الأخرى. يزيلها” ، يشرح.

التطبيقات المستقبلية في التكاثر والبحوث السريرية

يقول مونرو: “لقد طور النبات طريقة لحماية أهم جيناته من الطفرات”. “إنه أمر مثير لأنه يمكننا استخدام هذه النتائج للتفكير في كيفية حماية الجينات البشرية من الطفرات.” في المستقبل ، يمكن للمرء استخدامها للتنبؤ بالجينات التي ستنمو بشكل أسرع ، أو التي من المرجح أن تسبب المرض لدى البشر ، كأهداف أفضل للتكاثر.

ملاحظة: J. غراي مونرو ، دانفي سريكانث ، بابلو كاربونيل-بيجيرانو ، كلود بيكر ، مارييل لينسينك ، مويسيس إكسبوزيتو ألونسو ، ماري كلاين ، جوليا هيلدبراند ، مانولا كلينتيني كليموب ، مانيو كلوب. غراي مونرو ، تانفي سريكانث “يعكس الانتقاء الطبيعي المؤيد للطفرات” – لون وينغ ، إريك إمبيرت ، جون أكرين ، ماثيو د. روتر ، تشارلز ب. فينستر وديدليف ويجل ، 12 يناير 2022 ، طبيعي >> صفة.
DOI: 10.1038 / s41586-021-04269-6

تم إنجاز معظم العمل في معهد ماكس بلانك للبيولوجيا (معهد ماكس بلانك لعلم الأحياء التنموي سابقًا) ، ويستمر الآن هناك وفي جامعة كاليفورنيا في ديفيس. كما ساهم في العمل باحثون من معهد كارنيجي للعلوم وجامعة ستانفورد وجامعة ويستفيلد ستيت وجامعة مونبلييه وجامعة أوبسالا وكلية تشارلستون وجامعة ولاية ساوث داكوتا. تمويل إضافي من جمعية ماكس بلانك ، بتمويل إضافي من مؤسسة العلوم الوطنية ومؤسسة الأبحاث الألمانية.