راز ۱۲۵ میلیون ساله گوجه فرنگی فاش شد

گیاهان نیز مانند انسان تکامل ژنتیکی دارند و در این مورد نیز کاملا منحصربه فرد هستند.

به گزارش آی‌ای، محققان آزمایشگاه کُلد اسپرینگ هاربور(Cold Spring Harbor) چیزی را کشف کردند که بیش از ۱۲۵ میلیون سال رخ دادن آن به طول می‌انجامد و پیچیدگی‌های ژنتیک گیاهان را نشان می‌دهد.

این ممکن است کلید درک چگونگی تنظیم ژن‌ها در گیاهان باشد. به طور کلی، اهمیت این موضوع این‌جاست که می‌توانیم با درک بهتر ژنتیک گیاهی یک محصول را به طور کامل مهندسی کنیم. به عنوان مثال، ژنومیک گیاه از زمانی که آزمایشگاه نقش مهمی در توالی‌یابی اولین ژنوم گیاه ایفا کرد، به طور قابل توجهی تکامل یافته است. با این حال، تلاش برای دستکاری صفات محصولات از طریق جهش‌های دی‌ان‌ای هنوز چالش برانگیز است.

محققان تلاش‌های خود را بر درک این موضوع متمرکز کردند که چرا جهش‌های دی‌ان‌ای یکسان در گیاهان مختلف به طور مداوم صفات محصول مورد نظر را ایجاد نمی‌کنند.

با استفاده از نمونه‌هایی از گیاهان گوجه‌فرنگی و رَشادی گوش موشی(Arabidopsis thaliana)، آنها می‌توانند متوجه شوند که کلید این امر در سیستم‌های نظارتی متنوعی است که توسط یک ژن به کار می‌رود. قلب این مطالعه حول ژن CLV3 می‌چرخد.

دانشمندان از روش‌های جدید ویرایش ژنوم برای ایجاد بیش از ۷۰ گونه جهش یافته از هر دو گیاه گوجه فرنگی و رَشادی گوش موشی استفاده کردند. هر جهش دی‌ان‌ای یک تنظیمات اطراف ژن CLV3 را مورد هدف قرار می‌دهد. این به محققان اجازه داد تا اثرات آن را بر رشد و نمو گیاهان مشاهده کنند.

با کمال تعجب، این مطالعه نشان داد که این دو گونه گیاهی از سیستم‌های تنظیمی بسیار متفاوتی برای کنترل یک ژن استفاده می‌کنند. این تفاوت با اصلاح و بهبود فرآیند ژنتیکی مرتبط است که در طول ۱۲۵ میلیون سال تکامل ایجاد شده است.

اجداد گیاهی مشترکی وجود ندارد بلکه یک عنصر تنظیم کننده وجود دارد

دانیل سیرن(Danielle Ciren)، فارغ‌التحصیل دانشکده علوم زیستی کُلد اسپرینگ هاربور که این مطالعه را رهبری کرد، بر اهمیت CLV3 در رشد طبیعی گیاه تأکید کرد.

او توضیح می‌دهد: اگر این ژن دقیقا در زمان معین فعال نمی‌شد، گیاهان بسیار متفاوت به نظر می‌رسیدند. همه میوه‌ها بزرگ می‌شدند و ایده‌آل نبودند. نمی‌توان به اجداد مشترک نگاه کرد زیرا آنها دیگر وجود ندارند. بنابراین سخت است که بگوییم حالت اولیه گیاهان چه بوده و چگونه همه چیز با هم ترکیب شده است.

ساده‌ترین توضیح این است که یک عنصر نظارتی وجود دارد که در برخی ظرفیت‌ها حفظ شده است و به روش‌های ظریفی تغییر یافته است که این کمی غیرمنتظره است.

تعادل پیچیده بین رشد و عملکرد، چالشی را برای مهندسان محصولات ایجاد می‌کند. سیرن این معضل را خاطرنشان کرد. او گفت که دریافت صفات بهبود یافته اغلب شامل قربانی کردن سایر ویژگی‌های گیاه است.

این مطالعه نشان داد که جهش‌های نزدیک به ابتدای ژن CLV3 برای گوجه فرنگی به طور قابل توجهی بر اندازه آن تاثیر می‌گذارد. در مقابل، رَشادی گوش موشی  به اختلالاتی در هر دو قسمت ژن نیاز داشت. این نشانه واضحی از واگرایی در مسیرهای تکاملی است.

پیامدهای این پژوهش بسیار گسترده است. درک عدم یکنواختی در تنظیم ژنتیکی در بین گونه‌های گیاهی می‌تواند رویکرد ما را به مهندسی ژنوم محصولات کشاورزی تغییر دهد تا بتوانیم آن را بهتر پیش‌بینی کنیم.

این مطالعه در مجله PLoS Genetics منتشر شده است.