Capítulo
IV: genética arrocera / viaje al Mesozoico
En
el año 2002, hace más de una década nada más y nada menos, se dió un gran paso
para el estudio del arroz: fueron publicados los borradores del genoma de Oryza
sativa indica y Oryza sativa japonica en la revista científica Science (ver
aquí y aquí). Mostraron que los 12 pares de cromosomas del arroz alojan
alrededor de 420-430 millones de pares de bases, en apariencia no son muchas si
son comparadas con los 3.000 millones de pares de bases que tiene nuestro
genoma, pero incluso nuestro genoma queda ridículo ante los 16.000 millones de
pares de bases que tiene el genoma del trigo cultivado. En el arroz se han
identificado más de 32.000 regiones que parecen ser genes, aunque puede que los
cálculos estén subestimados y en realidad fuesen entre 40.000 y 60.000 genes
(más del doble de genes que tiene nuestra especie) (ref. 17 y 66).
Pero
sin duda, en lo que respecta a la evolución vegetal, uno de los hallazgos más
interesantes fue que dichos genomas albergan la prueba de que un lejano
ancestro del arroz nació como resultado de una «duplicación completa del
genoma». Este fenómeno sucede cuando un óvulo mutante es fecundado por un grano
de polen mutante, donde la mutación consiste en tener el doble de material
genético que corresponde. Esto da lugar
a embriones con el doble de material genético con respecto a sus progenitores;
embriones que se desarrollarán como nuevas especies previamente inexistentes en
la naturaleza. Los estudios científicos han demostrado que tales plantas han
sido el germen de numerosos linajes vegetales, como el de las rósidas (véase la
historia de la uva y la sandía), el de las musáceas y el de las zingiberales
(véase la historia del banano).
.
القسم الرابع: وراثة أرزيّة - رحلة
إلى الحقبة الوسطى
العام 2002، أي منذ عقد من الزمان
لا أكثر ولا أقلّ، حصلت خطوة كبرى في دراسة الأرّز، حيث جرى نشر نتائج دراسة جينوم
النوع الهنديّ والنوع اليابان في مجلة العلوم. أثبتت تلك الدراسات
الوراثيّة / الجينيّة بأنّ 12 زوج من صبغيات الأرز، تحتوي على 420-430 مليون زوج
قواعد، وهي لا تبدو كثيرة مقارنة مع 3000 مليون زوج قواعد يمتلكها جينومنا
البشريّ، لكن، حتى جينومنا مضحك مقارنة مع 16000 مليون زوج قواعد في جينوم
القمح المزروع. حددوا في جينوم الأرّز أكثر من 32000 منطقة تظهر كجينات، على الرغم
من كون هذه الحسابات تقريبية، ففي الواقع بلغ عدد الجينات بين 40000 و60000 جين (أكثر من ضعف جيانتنا كبشر) (مراجع 17 و66).
لكن دون شكّ، وبما يُنسَبْ للتطوُّر
النباتيّ، أحد أهم ما جرى اكتشافه هو تقديم الجينومات، تلك، للدليل على حدوث
"تضاعف كامل للجينوم"، ساهم بولادة سلف الأرّز الأبعد. تحدث هذه الظاهرة
عندما تُلقّح بويضة متطفرة بحبة طلع متطفرة، بحيث تؤدي الطفرة لامتلاك مادة جينية
مضاعفة موافقة. يؤدي هذا الأمر لولادة أجنّة مضاعفة المادة الوراثية مقارنة
بالأبوين؛ أجنّة، ستنمو كأنواع حية جديدة غير موجودة سابقاً في الطبيعة. أثبتت
الدراسات العلمية بأنّ نباتات كهذه، قد شكّلت البذرة لعدد من السلالات النباتية، من
قبيل الوردانيات Rosidae (انظر في موضوعي تطور العنب وتطور البطيخ)، الموزيات Musaceae والزنجبيليات Zingiberales (انظر في موضوع تطور الموز).
جدول مقارنة بين إلقاح عادي و"تضاعف جيني كامل"
في الواقع، هذه الظاهرة ليست عجيبة
أو غريبة في عالم الطبيعة. فلقد حسب العلماء أنه ما بين 50 و70% من جميع الأنواع
الحيّة التي تنتمي إلى كاسيات البذور (نباتات مع أزهار)، لديها أسلاف حديثة، تتميز بكونها عديدة المجموعة الصبغية (مع مادة وراثية مضاعفة)؛
فيما يرى علماء آخرون بأنّ جميع كاسيات البذور الحديثة، لديها بتاريخها التطوريّ
سلف ما ذو جينوم مضاعف (مرجع 59). في هذا الإتجاه، أشارت الأبحاث المنشورة
العام 2002 إلى أنّ سلف الأرّز ذاك ذو الجينوم المضاعف، قد ظهر إثر انفصال سلالتي أحاديات
الفلقة عن ثنائيات الفلقة منذ 206 - 145
مليون عام؛ بحسب حساباتهم تلك، وُجِدَ هذا السلف منذ 40 - 50 مليون عام (مراجع 17 و66).
بمرور ثلاثة أعوام على نشر معلومات
جينومات النوع الهندي والنوع الياباني، وصلت دراسات جديدة محققة على جينوم هذه
النباتات إلى ذات الخلاصة، فهي تنحدر من سلف ذو جينوم مضاعف. لكنها ذهبت إلى أبعد
من ذلك، فاقترحت بأنّ حدوث التضاعف الجينيّ أقدم، ففيما لو عاش السلف المشترك لكل
النجيليات منذ ما يقرب من 55 - 70 مليون عام، فإنّ التضاعف الجيني قد حصل منذ 66 -
70 مليون عام (مرجع 62).
في حال صحة امتلاك سلف كل
النجيليات لجينوم مضاعف، فتوجب إكمال هذا التنبُّؤ، توجب حدوث
التضاعف الجيني لدى جميع النجيليات المعروفة، فهي متحدرة من ذات النبات ذو
الجينوم المضاعف. العام 2008، درس الأخصائيُّون بعلم الوراثة جينوم أنواع عديدة
من النجيليات: الأرّز (النوع Oryza sativa)، السورغم (النوع Shorgum
bicolor)،
الذرة (النوع Zea mays)، النجيلي (النوع Brachypodium
distachyon)
وذيل الثعلب الإيطالي (النوع Setaria itálica)؛ وبينت كلها أنها نتيجة تضاعف جيني بالغ القِدَمْ، بحيث مضى 20 ميون عام قبل إعطاء الأصل
للنجيليات، أي منذ 70 مليون عام (مرجع 9).
تمثيل لإحدى المجموعات الصبغية للأرّز. بمختف الألوان ومتحدة بواسطة خطوط تبين المناطق الجينية المتضاعفة المحددة والمتوزعة بين مختلف الصبغيات أو الكروموزومات
بمجرد معرفة تحدُّر جميع أنواع
النجيليات من ذات السلف ذو الجينوم المضاعف، ينبثق سؤال آخر:
أيّ نوع من التضاعف
الجيني قد حدث؟
يظهر هذا السؤال جرّاء وجود معطيات، تفيد بدعم نموذجي تضاعف مختفين:
1. سلف ذو خمسة أزواج صبغيات،
سيعطي الأصل لسلف ذو عشر أزواج صبغيات. والذي بدوره سيعطي الأصل، من خلال
الإنشطار وإعادة تنظيم صبغياته، لسلف ذو إثني عشر زوج صبغي من النجيليات (مرجع 9).
2. يطرح السيناريو البديل بأنّ سلفاً لديه سبعة أزواج صبغيات، سيولّد تضاعف جيني من سلف لديه أربعة عشر زوج صبغي. سيعطي
هذا النبات، بدوره من خلال الإنشطار وإعادة تنظيم صبغياته، الأصل لسلف لديه إثني
عشر زوج صبغي من النجيليات (مرجع 9).
في جميع الأحوال، جرى تأكيد الطبيعة
متعددة المجموعات الصبغية لسلف النجيليات،
ومع الزمن، جرى التأكيد فعلياً بأنّ كل النجيليات قد تقاسمت سلفاً مشتركاً. بكل
الأحوال، التضاعف الوراثيّ / الجينيّ / الجينوميّ ظاهرة طبيعية بامتياز،
يمكنها ترك تداعيات وراثية كبيرة. يُعاد تنظيم المادة الوراثية ويطرأ عليها تغيرات
بالغة الأهمية. كما أنها يمكن أن تتعرض لظواهر متنوعة يمكن اعتبارها ضارة:
سواء
مادة داخل نواة الخليّة، يمكن أن تحقق عدم إستقرار الحمض النووي منقوص الاوكسجين
والتنظيم الجيني، كما تسبب حدوث مشاكل انقسام خليوي وفي التكاثر (مراجع 8 و48).
مع ذلك، الكائنات متعددة
المجموعات الصبغية قادرة على حلّ مشاكل كتلك، والدليل على هذا، هو وفرة الكائنات
الحية متعددة المجموعات الصبغية المزدهرة بيومنا هذا. ما هو مهم جداً، ويتفق
كثيرون من أخصائيي علم الأحياء حوله، هو أنّ التضاعف الجينيّ بالغ الأهمية في
التطوُّر، حيث يُنتِجُ تغيرات كثيرة هامة لا يمكن التنبُّؤ بها. تتغير نماذج
التنظيم الجيني (تنشط بعض الجينات بصورة أكبر من المعتاد، فيما يبقى نشاط
بعضها الآخر أقلّ من المعتاد، جينات ليست نشطة ثمّ تصبح نشطة والعكس بالعكس)؛ عادة
ما تفقد واحدة من نسخ الجينات المضاعفة وظيفتها (يحدث هذا في 30 - 65% على الأقلّ
بين جينات الأرّز المضاعفة)؛ فيما تختص كل نسخة من جين، بأحيان أخرى، بتشغيل أنسجة
محددة، فيما تكتسب، بأحيان أخرى، وظائف جديدة؛ ليس غريباً حدوث نموّ بتعقيد
دارات التنظيم الجينيّ.
فلكل هذا نتيجتين:
تعقيد جيني أكبر + قدرة كبرى على
التكيُّف
تُشكّل نباتات كثيرة، متعددة
المجموعات الصبغية، آلات بيولوجيّة بكفاءة عالية وتكيفيّة للغاية (مراجع 8، 20، 48
و62).
تمثيل للفرضيتين المتعلقتين بتفسير أصل جينوم النجيليّات
قد يهمكم الإطلاع على مواضيع ذات صلة
ليست هناك تعليقات:
إرسال تعليق