تکامل کروموزوم جنسی چگونه بود؟

بیگ بنگ: تاریخ کروموزم های جنسی – XX در جنس ماده و XY در جنس نر – به اولین پستانداران برمی گردد، اما این کروموزوم ها چگونه تکامل یافتند و چطور مانند کروموزوم های امروزی شدند؟ در حالی که کروموزوم Y، کروموزوم تعیین کننده جنسیت نر از توجه زیادی برخوردار است، یک زیست شناس به کار روی کروموزوم X متمرکز شد و دریافت که داستان جالبی در پی کوچک شدن آن به Y وجود دارد. چنین تطابقی شامل جبران دوز جنس ماده- فقدان ژن های مهم تنها برای جنس نر- است

کروموزوم های نئو-X (بالا) و نئو-Y در مگس سرکه دروسوفیلا میراندا، نشان میدهد که چگونه کروموزوم Y با از دست دادن ژن کوچک شده است. کروموزوم X در همان اندازه کروموزوم های دیگر مگس باقی مانده، هر چند ژن های آن در روند تطبیق با Y انحطاطی هستند.

به گزارش بیگ بنگ، در نخستین مطالعه ی تکاملی کروموزوم های مرتبط با جنس ماده، زیست شناس “دوریس بچتراگ” و همکارانش از دانشگاه کالیفرنیا- برکلی، نشان دادند که تاریخ کروموزوم X جالب تر از مقدار مطالعات زیاد صورت گرفته مربوط به کروموزوم Y در تعیین جنسیت نر بوده و سرنخ های مهمی نسبت به منشا و مزایای تولید مثل جنسی ارائه می دهد. “بچتراگ” استادیار بیولوژی یکپارچه و عضو مرکز دانشگاه برکلی در ژنومیک تکامل ِ نظری می گوید: « بر خلاف دیدگاه سنتی با نقش منفعل، کروموزوم X نقش بسیار فعالی در روند تکاملی تمایز کروموزوم های جنسی داشته است.»

“بچتراگ” از دانشگاه برکلی با همکار فوق دکترای خود “جفری دی جنسن” و “ژی ژانگ” فوق دکترای سابق دانشگاه سن دیگو، که اکنون در دانشگاه مونیخ است، یافته های خود را در مجله ی زیست شناسی PLoS توضیح دادند. وی گفت:« در این مقاله، اولین تلنگر پازل تکامل کروموزوم جنسی را نشان دادیم: کروموزوم X تحت دوره انطباق شدید در روند تکاملی ایجاد بخش های جدیدی از ژنوم نقش داشته که تمایز جنسی در بسیاری از گونه ها، از جمله خود ما را تعیین کرده است.» برای تعیین اینکه آیا جنین جنسیت نر یا ماده بگیرد، همه حیوانات و گیاهان، ژن ها را به کار نمی برند. برای مثال بسیاری از خزندگان، به نشانه های محیطی مانند دما برای مشخص کردن جنس نر یا ماده تکیه می کنند.

“بچتراگ” گفت: اما در اَشکال حیاتی که یک جفت از کروموزوم ها برای مشخص شدن جنسیت کنار گذاشته می شود- از مگس های میوه تا پستانداران و برخی از گیاهان – دو کروموزوم X به ارث برده شده توسط جنس ماده، نزدیک به دیگر کروموزوم های غیر جنسی یکسان، با اصطلاح اتوزوم دیده می شوند. با این حال کروموزوم Y، که توسط جنس نر با یک کروموزوم X به ارث برده می شود، نسخه ای کوچک شده از کروموزوم X است، و با از دست دادن بسیاری از ژن ها تا زمانی که با کروموزوم X ترکیب شود، متوقف می گردد.

در پستانداران، کروموزوم های جنسی احتمالا حدود ۱۵۰ میلیون سال پیش ایجاد شدند، در حالی که در مگس میوه دروسوفیلا ملانوگاستر، یک مگس آزمایشگاهی، کروموزوم های جنسی به طور مستقل در حدود ۱۰۰ میلیون سال پیش به وجود آمدند. هم در انسان ها و هم در مگس های میوه، کروموزوم Y از چند هزار ژن به چند ده ژن، کاهش یافته است.

picاز این رو دانشمندان بدنبال این هستند که بدانند چرا و چگونه کروموزوم Y تا زمانی که با کروموزوم X ترکیب شود، ژن هایش را از دست داده است. دانشمندان دریافتند وقتی تنها جفت کروموزوم که نشکسته و هر بار با تقسیم سلولی باز ترکیب می شود، جفت XY در جنس نر که قادر به استفاده از راه اصلی جهش های ژنتیکی مخرب نیست، حذف می شود. جفت XX در جنس ماده هم باز ترکیب می شود، اما برای Y، تنها راه برای خلاص شدن از یک جهش بد در یک ژن، غیر فعال کردن و یا حذف کل ژن است. به گفته ی محققان در طول میلیون ها سال، ژن های غیر فعال از دست رفتند و کروموزوم Y، این چنین شکسته شده است.

“بچتراگ” گفت: « اگر شما هیچ باز ترکیبی نداشته باشید، انتخاب طبیعی در از بین بردن ژن مضر کمتر موثر است. کروموزوم Y یک کروموزوم غیر جنسی است و بهای نگه داشتن ژن های از دست رفته را می پردازد.» “بچتراگ” که عمدتا حرفه اش حول مطالعه ی انحطاط یا تغییر کروموزوم Y است، چند سال پیش تصمیم گرفت تا روی کروموزوم X تمرکز کند و در مورد جفت کروموزوم رابطه جنسی به کاوش بپردازد. او اهداف مقاله اش را حول مطالعه ی سه کروموزوم جنسی در: مگس میوه غربی نادر، مگس سرکه میراندا، پسر عموی تیره رنگتری از مگس سرکه بنام دروسوفیلا ملانوگاستر(Drosophila melanogaster) گذاشت. (بسیاری از موجودات بیش از یک جفت کروموزوم جنسی دارند؛ به عنوان مثال پلاتیپوس، پنج جفت دارد که همه با هم را به ارث برد.)

در حالی که یکی از کروموزوم های جنسی مگس میراندا، از کروموزوم های جنسی اصلی است که نزدیک به ۱۰۰ میلیون سال پیش در مگس دروسوفیلا پدیدار شد، دومین منشا آن شاید مربوط به ۱۰ میلیون سال پیش باشد و سومی در حدود یک میلیون سال پیش است که دو منشا قدیمی ترش بسیار مشابه هستند. “بچتراگ” گفت: « کروموزوم Y در هر جفت، برای تبدیل شدن به سایه ای از گذشته ی خود، ژن هایش را از دست داده، در حالی که دو کروموزوم X دیگر، غیر قابل تشخیص از یکدیگر هستند.»

اما سومین و جوانترین کروموزوم های جنسی متفاوت هستند. کروموزوم Y هنوز چروک خورده نیست، هر چند شامل بسیاری از ژن های غیر عملکردی است- حدود نیمی از کل آن- که در نهایت از دست خواهد رفت. در واقع کروموزوم ایکس، که لقب نئو-X را دارد تغییر سریع داشته است، با این حال، طبق گفته محققان در حدود ۱۰ برابر میزان عادی در اتوزوم، سازگاری دیده می شود. بنا به مقاله ی “بچتراگ”، توالی ژن در کروموزوم X در حال ثابت شدن است، در واقع جهش های تصادفی باعث چند تغییر مفید در کروموزوم Y می شود. بین ۱۰ تا ۱۵ درصد از ژن های نئو-X در مقایسه با تنها ۱ تا ۳ درصد از ژن های غیر جنسی این انطباق را نشان می دهند.

“بچتراگ” گفت: « در حقیقت، این موضوع تعجب آور نیست. نئو-X در وضعیتی با چالش بسیار بیشتر از اتوزوم مواجه است؛ زیرا جفت، خودش کروموزوم Y را انحطاط می دهد. ژن های آن، دیگر پروتئین تولید نمی کنند، بنابراین نئو-X مجبور به جبران تنظیم ژن ِ آن است. ما ژن های بسیاری را روی کروموزوم X در جبران دوز درگیر شده یافتیم.» “بچتراگ” گفت: برای مثال در انسان، تمام ژن ها روی کروموزوم X دو برابر برای فقدان ژن های Y فعال هستند.

chromosomes-120222یکی دیگر از تغییرات در نئو-X این است که گمان های “بچتراگ” در از بین رفتن ژن هایی که برای جنس ماده مضر بوده، در حال وقوع است. زیست شناسان متوجه شدند که برخی از ژن ها اثرات مخالفی در جنس نر و ماده دارند و تکامل، تقلای جنگ بین ژن های کنار گذاشته ای از جنس نر است که تنها برای جنس ماده مضر بوده تا سبب شود آنها عقب نشینی کنند و بالعکس. این محقق گفت: « یک مکان خوب برای قرار دادن ژن های متضاد جنسی که در یک جنس مفید است اما برای دیگری مضر است، در کروموزوم جنسی می باشد. کروموزوم Y، همیشه در جنس نر به پایان می رسد، طوری که ژن ها روی کروموزوم Y روی جنس ماده تاثیری ندارد.»

بچتراگ گفت: « در مقابل، کروموزوم X با ژن هایی ماده می شود که برای آن خوب و برای جنس نر مخل هستند؛ او افزود که کروموزوم X نیز جنس نر را از بین می برد، ژن هایی که تنها در جنس نر استفاده می شود را از دست می دهد.» در جستجوی بینش بیشتر درون تکامل کروموزوم X، بچتراگ گفت او به دنبال گونه های مگس میوه با کروموزوم های جنسی پیرتر و جوانتر است، او گفت می خواهد “تا تکامل کروموزوم های جنسی را در عمل، مطالعه کند”. شواهد نشان می دهد که انطباق با یک کروموزوم جنسی بین ۱ و ۱۰ میلیون سال پس از شروع آن شدیدتر بوده است. همچنین “بچتراگ” در حال تکمیل جمع بندی توالی ژنوم برای مگس میراندا دروسوفیلا است که در میان ۱۲ گونه از مگس سرکه اخیر جامعه تعیین توالی ژنوم قرار نگرفت. او امیدوار است که این مگس تبدیل به یک مدل مطالعاتی همانند مگس ملانوگاستر دروسوفیلا، شود.

بچتراگ گفت “در نهایت، ما به مطالعه ی مدل هایی مانند مگس میراندا دروسوفیلا پرداختیم که چند سال پیش به آن نمی توانستیم فکر کنیم” و پیش بینی می کنیم که “تمام مقایسه های ژنوم، می تواند زیست شناسی تکاملی، محیط زیست و بسیاری از رشته های دیگر را متحول سازد.” این تحقیقات توسط موسسه ملی بهداشت، دانشکده پژوهشی آلفرد پی اسلوان در بخش مولکولی و زیست شناسی محاسباتی و بنیاد دیوید و لوسیل پاکارد ارائه شد. جزئیات بیشتر این پژوهش در مجله ی PLoS Biology منتشر شده است.

ترجمه: سپیده محمدزاده / سایت علمی بیگ بنگ

منبع:  sciencedaily.com

image_pdfimage_print
(13 نفر , میانگین : 4٫69 از 5)
لینک کوتاه مقاله : http://bigbangpage.com/?p=48052
تحریریه‌ی بیگ بنگ

تحریریه‌ی بیگ بنگ

وب سایت بیگ بنگ یک سایت علمی، تحقیقاتی میباشد که توسط تعدادی از علاقمندان به علم و دانش اداره می شود. این سایت از اواخر سال 1390 تاکنون به فعالیت خود در این حوزه ادامه داده است.

شما ممکن است این را هم بپسندید

یک پاسخ

  1. مسعود76 گفت:

    مثل همیشه…بسیار عالی و آموزنده

پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *