کشف اسراری در DNA که از تلاقی موفقیت‌آمیز بین گونه‌ها جلوگیری می‌کند

ما درباره DNA به‌عنوان مولکول‌های حیاتی‌ای فکر می‌کنیم که حامل دستورالعمل‌های ژنتیکی برای خلق بیشتر موجودات زنده ازجمله خود ما است؛ اما درواقع همه DNA کدکننده پروتئین نیست. اکنون در حال یافتن عملکردهای بیشتری هستیم که شامل DNA غیرکدکننده است و قبلا دانشمندان آن‌ها را توالی‌های زائد در نظر می‌گرفتند.

به‌گزارش ساینس الرت، مطالعه جدیدی نشان می‌دهد DNA ساتلایت یا DNA ماهواره‌ای ممکن است مسئول این موضوع باشد که چرا گونه‌های مختلف نمی‌توانند طی آمیزش با هم تولیدمثل کنند. DNA ماهواره‌ای نوعی DNA غیرکدکننده است که به‌شکل توالی‌های طولانی و تکراری و ظاهرا بی‌معنا از مواد ژنتیکی ظاهر می‌شود.

به‌نظر می‌رسد DNA ساتلایت به‌کمک پروتئین‌های سلولی نقش اساسی در حفظ کروموزوم‌های یک سلول درکنار‌هم در هسته سلول ایفا می‌کند. به‌گفته زیست‌شناسانِ نویسنده مطالعه جدید، یعنی مادهاو جاگاناتان و یوکینو یاماشیتا، این نقش مهم در هر ‌‌‌‌گونه به شیوه متفاوتی مدیریت و به ناسازگاری ژنتیکی میان گونه‌های مختلف منجر می‌شود.

این واگرایی در توالی DNA ساتلایت در پژوهش‌های گذشته به‌خوبی نشان داده شده است و موجب شک دانشمندان درباره نقش آن در گونه‌زایی شده است. برای مثال، در ژنوم شامپانزه‌ها و ژنوم انسان DNA کدکننده پروتئین تقریبا یکسان است؛ درحالی‌که DNA بدون رمز کاملا تفاوت دارد.

مطالعه جدید روی مگس میوه (Drosophila melanogaster) انجام شد و پژوهشگران متوجه شدند حذف ژنی که پروتئینی به نام Prod تولید می‌کند و به قطعه خاصی از DNA ساتلایت متصل می‌شود، موجب مرگ مگس‌ها می‌شد؛ زیرا کروموزوم‌های آن‌ها در خارج از هسته سلول پراکنده می‌شدند. گفتنی است این قطعه حیاتی از DNA ساتلایت در خویشاوندان نزدیک مگس سرکه وجود ندارد و آن‌ها بدون آن به‌خوبی زندگی می‌کنند. این امر نشان می‌دهد این توالی‌های مهم غیرکدکننده از DNA در گونه‌های مختلف به‌طور متفاوتی تکامل پیدا کرده است.

پژوهشگران برای بررسی بیشتر این پدیده، فرزندان هیبرید حاصل از تلاقی میان ماده دروزوﻓﯿﻼ ملانوگاستر و نری از گونه خویشاوند دروزوﻓﯿﻼ ﺳﯿﻤﻮﻻﻧﺲ را مطالعه کردند. مگس‌های حاصل از این تلاقی معمولا سریعا می‌میرند یا اگر هم زنده بمانند، عقیم هستند. در این نمونه، بررسی بافت فرزندان هیبرید آنچه پژوهشگران به آن مشکوک بودند، تأیید کرد؛ زیرا در اینجا نیز کروموزوم‌ها (بسته‌های DNA موردنیاز برای تولیدمثل) دچار اختلال شده بودند. یاماشیتا درحال‌حاضر در مؤسسه فناوری ماساچوست (MIT) به کار مشغول است. وی می‌گوید:

با نگاه به بافت‌های هیبرید، کاملا آشکار بود که فنوتیپ آن‌ها دقیقا شبیه وضعیتی بود که در آن در گونه‌ای خالص، سازمان‌دهی کروموزومی را برهم بزنید که به‌واسطه DNA ساتلایت انجام می‌شود. کروموزوم‌ها پراکنده بودند و در هسته واحدی محصور نبودند.

پژوهشگران با مطالعه عمیق‌تر و حذف ژن‌هایی که به فرزندان هیبرید (ژن‌های ناسازگاری) آسیب می‌زنند، از مگس‌های والد مطالعه‌شده مگس‌های هیبرید سالم تولید کردند. این ژن‌های نارسازگاری در گونه‌های خالص در DNA ساتلایت قرار دارند.

DNA ساتلیت به‌طور منظم جهش پیدا می‌کند و تصور پژوهشگران این است پروتئین‌هایی که به DNA ساتلایت متصل می‌شوند تا کروموزوم‌ها را درکنارهم قرار دهند، باید برای حفظ عملکرد تکامل پیدا کنند. این امر ازنظر عملیات DNA ساتلایت به هر ‌‌‌‌گونه‌ای استراتژی متفاوت خاص خودش را می‌دهد.

پژوهشگران قصد دارند درادامه پروتئینی طراحی کنند که با موفقیت به DNA ساتلایت دو گونه متصل شود و کروموزوم‌ها را در جای مناسب خود حفظ کند. این امر می‌تواند به ایجاد فرزندان زیستا بین دو گونه منجر شود؛ اما عملی‌کردنش سال‌ها طول خواهد کشید.

این پژوهش در مجله Molecular Biology and Evolution منتشر شده است.