Pirinç Bitkisinde Kodlamayan DNA Kökenli Genler Saptandı

Canlıbilimdeki en önemli sorulardan biri, organizmalarda yeni proteinlerin ne hızda evrildiğidir. Proteinler, canlılığın temel işlevlerini yerine getiren yapıtaşlarıdır. Onları üreten genler değiştikç..
Görsel Telif: CC0 Public Domain

Canlıbilimdeki en önemli sorulardan biri, organizmalarda yeni proteinlerin ne hızda evrildiğidir. Proteinler, canlılığın temel işlevlerini yerine getiren yapıtaşlarıdır. Onları üreten genler değiştikçe, proteinler de değişerek, nihayetinde yeni türlerin evrilmesine yol açabilecek yeni işlevler veya özellikler ortaya çıkarabilir.

Şikago Üniversitesi bilimcileri liderliğinde yapılan ve ayrıntıları Nature Ecology and Evolution dergisinde yayımlanan bir çalışma, yeni proteinlerin nasıl evrildiği hakkında yapılan klasik varsayımlardan birini (ikilenme ve ıraksamadan başka yol olmadığı varsayımını) zora soktu. Araştırmacılar, DNA’nın rastgele, kodlamayan bölümlerinin hızla evrilerek, yeni proteinler üretebileceğini gösterdi. Bu de novo yani yepyeni (İng. from scratch) genler, proteinlerin evrilip biyo-çeşitliliğe katkı yaptıkları yeni, araştırılmamış bir yol sunuyor.

“Büyük bir genom karşılaştırması yaparak, kodlamayan dizilimlerin bütünüyle yeni proteinlere evrilebileceğini gösterdik. Bu çok büyük bir keşif,” diyor ekibin kıdemli üyesi Manyuan Long.

Üçüncü Bir Gen Evrimi Yolu

Bilimciler uzun süredir yeni genlerin evrilmesi için sadece iki yol olduğunu düşünüyordu: İkilenme ve ıraksama yani rekombinasyon. Normal eşlenme (replikasyon) ve onarım süreci sırasında, DNA’nın bir bölümü kopyalanır ve genin ikilenmiş (duplike) bir versiyonunu yaratır. Daha sonra, bu kopyalardan biri mutasyona uğrayarak, işlevlerinde değişiklik gerçekleşebilir ve böylece ıraksamış olur; apayrı yeni bir gen olur.

Ancak bu iki yöntem, proteinleri oluşturan amino asitlerin olası kombinasyonlarının toplam sayısı düşünülürse, proteinlerin nispeten az bir kısmını açıklayabilir. O nedenle, üçüncü bir mekanizmanın olup olmadığı gündemdeydi. Acaba de novo genler sıfırdan ortaya çıkabilir miydi? Bütün organizmalarda protein kodlamayan uzun genetik malzeme bölümleri vardı; hatta bazı canlılarda tüm genomun %97‘si böyle kodlamayan DNA olabiliyordu. Bu kodlamayan bölümlerin mutasyona uğrayarak, bir anda işlev kazanması mümkün müydü?

Bu konu üzerinde çalışmak güçtü çünkü hem atasal, kodlamayan dizilimleri hem de onlardan evrilen ardılları yeni genleri sergileyen çeşitli sayıda yakın akraba türe ait yüksek-kalite referans genomlar gerektiriyordu. Böyle açık, görülebilir bir evrimsel geçiş olmadan, gerçekten de de novo bir gen olduğu kanıtlanamazdı. Varsayımsal yeni genlerin bir “öksüz gen” olabileceği daha önce raporlanmıştı; yani belki de bir noktada yakın akraba olmayan bir türden ıraksamış veya aktarılmış ve daha sonra öncüllerine ait tüm izler kaybolmuş olabilirdi.

Çalışmanın Yapılışı

Bu zorlukları aşmak için Long’un ekibi yakın zamanda dizilenmiş ve notlandırılmış olan 13 yeni genomdan yararlandı. Bunlar 11 tane yakın akraba pirinç bitkisi türünden alınmıştı; mutfaklarda sıkça kullanılan Oryza sativa türü pirinç dahil. Çalışma, Arizona Üniversitesi’nden Prof. Rod Wing ve Çin’deki Huazhong Tarım Üniversitesi’nden Prof. Yidan Ouyang liderliğindeki ekiplerin katılımıyla gerçekleştirildi.

Bitkilerin genomlarını çözümledikten sonra, en az 175 tane de novo gen saptadılar. Çin’deki Guangdong’da bulunan bir genom dizileme merkezi olan BGI-Shenzhen’den Prof. Siqi Liu liderliğindeki başka bir grup tarafından kütle izgeölçümü (spektroskopi) ile protein etkinliğinin çözümlemesi yapıldı. Söz konusu genlerin %57‘sinin gerçekten de 300’den fazla yeni peptid içeren yeni proteinlere çevrildiğine (translasyon) ilişkin kanıt elde ettiler.

Hakiki de novo genlerin bu ilk, büyük veri kümesiyle birlikte, Long’un ekibi evrimlerinde bir örüntü keşfetti. Neredeyse tüm de novo genler için ifadenin erken evrimiyle başlamış ve ardından gelen mutasyonla protein kodlama potansiyelleri olmuştu. Long, Oryza bitkilerinin de novo gen aramak için iyi genomları olduğunu söylüyor çünkü nispeten gençler (11 türün soyu birbirlerinden yaklaşık 3 ilâ 4 milyon yıl önce ayrılmış); varolan genomlarında evrimsel izleri seçmek hâlâ mümkün. Dizilimler hâlâ çok benzer, pek fazla değişim kuşağı birikmemiş ve dolayısıyla soyların ayrılmasından öncesine dayanan kodlamayan bölümler hâlâ seçilebiliyor.

Kaynak ve İleri Okuma

Etiket
  • Projelerimizde bize destek olmak ister misiniz?
  • Dilediğiniz miktarda aylık veya tek seferlik bağış yapabilirsiniz.
  • Destek Ol
Yorum Yap (0 )

Yorum yapabilmek için giriş yapmalısınız.

Bunlar da ilginizi çekebilir

Bağış Yap, Destek Ol!
Projelerimizde bize destek olmak isterseniz,
Patreon üzerinden
bütçenizi zorlamayacak şekilde aylık veya tek seferlik bağışta bulunabilirsiniz.
E-Bülten Üyeliği
Duyurulardan e-posta ile
haberdar olmak istiyorum.
Reklam Reklam Ver
Arşiv