بازسازی ژنوم اجدادی

به گزارش واحد ژنتیک پایگاه اطلاع رسانی علوم آزمایشگاهی ایران، توالی های زیستی مدت هاست که به عنوان سندی از تاریخ تکامل زیستی شناخته شده اند، که در آن جهش های انباشته شده، روابط بین گونه ها و دینامیک زیربنای تکامل آنها را ثبت می کنند. با توجه به اطلاعات ژنتیکی کافی در میان گونه ها، تجمع زمانی این جهش ها را می توان در زمان ردیابی کرد تا توالی ها و ژنوم ها در اجداد مشترک گمشده شان کشف شوند. این بازسازی های اجدادی ستون فقرات بسیاری از روش شناسی های امروزی در تکامل مولکولی هستند، از جمله درختان فیلوژنتیک و آزمون های انتخاب توالی. جهش های DNA به جایگزینی توالی محدود نمی شوند. ژنوم ها نیز تحت تأثیر رویدادهای جهشی در مقیاس بزرگ تر مانند تکرار، حذف، وارونگی توالی یا بازآرایی کروموزومی قرار می گیرند، که همگی می توانند بر عملکرد ژنوم، تناسب گونه ها و تکامل تأثیر بگذارند. در گونه های موجود، جهش های در مقیاس بزرگ عامل اصلی بیماری هستند زیرا می توانند توالی های عملکردی را مختل کنند و ساختارهای عملکردی را در ژنوم سازماندهی مجدد کنند. از دیدگاه تکاملی، جهش های در مقیاس بزرگ منبع کاملاً مستندی از نوآوری ها هستند. علیرغم اهمیت عملکردی و تکاملی فوق العاده آنها، رویدادهای جهشی در مقیاس بزرگ کمتر از جانشینی های توالی مورد مطالعه قرار گرفته اند و به خوبی درک نشده اند. به ویژه، بازسازی ژنوم ها و کاریوتیپ های اجدادی از توالی های اجدادی عقب تر است و مطالعه دینامیک تکاملی و تأثیر بازآرایی ها، تکرارها و حذف ها در بسیاری از گونه ها و در چارچوب های نظری دقیق را دشوار می کند.

اهمیت بررسی تکامل

زیست شناسی یک علم تاریخی است، اما این بعد تاریخی اغلب نادیده گرفته می شود، زیرا سوابق مورد نیاز برای مستندسازی حالات اجدادی وجود ندارد. بدون این دیدگاه زمانی، دلایلی که چرا سیستم های بیولوژیکی معاصر سازماندهی شده اند، همچنان از ما دور خواهند ماند. در عمل، این شکاف اطلاعاتی مانع از توانایی ما برای ادغام نتایج در مدل های مختلف زندگی و به دست آوردن مزایای کامل ژنومیک مقایسه ای می شود. ژنوم های اجدادی بلوک های اساسی چارچوب مفهومی با هدف رسیدگی به این مشکل هستند. آنها فسیل ها را به عنوان نقاط زمانی بیولوژیکی تکمیل می کنند، زیرا آنها نمایشی نظری از واگرایی دقیق بین دو اصل و نسب هستند، در حالی که فسیل ها نشان دهنده گونه های منقرض شده واقعی هستند اما موقعیت فیلوژنتیک دقیق آنها اغلب نامشخص است. از آنجایی که ژنوم های اجدادی تمام ژن های موجود در ارگانیسم اجدادی و سازمان ساختاری آن ها را در بر می گیرند، امکان بررسی دقیق مسیرهای تکاملی و متابولیکی، مانند گسترش و انقباض خانواده های ژنی خاص در طول زمان را فراهم می کنند. سهم تغییر ساختار ژنوم در انتقال و گونه های تکاملی. و ردیابی نوآوری های تکاملی از طریق سازماندهی مجدد ترتیبات ژن عملکردی. علاوه بر این، ژنوم های اجدادی می توانند به عنوان نقاط مرجع منحصربه فرد برای مقایسه ژنوم های چندگانه عمل کنند و تعصب تکیه بر ژنوم موجود به عنوان مرجع مرکزی را از بین ببرند.

بازسازی های دقیق سازمان های ژنوم اجدادی هنوز در مراحل ابتدایی خود هستند و توانایی ما را برای ترسیم دیدگاه های جامع از ژنوم و تکامل کاریوتیپ محدود می کنند. ژنوم های اجدادی بازسازی شده از نظر محتوای ژنی که انتظار می رود مشابه نسل های خود هستند و دقیقاً مطابق با سیتوژنتیک مرجع و بازسازی های سیلیکو در صورت وجود هستند. با مقایسه ژنوم های اجدادی متوالی در امتداد درخت فیلوژنتیک، ما تاریخچه بازآرایی درون و بین کروموزومی همه گونه های اصلی مهره داران را با وضوح بالا برآورد می کنیم. این منبع رایگان و در دسترس، امکان دنبال کردن فرآیندهای تکاملی در مقیاس ژنومی را به ترتیب زمانی فراهم می کند و در پژوهش های زیستی نقش مهمی خواهد داشت.