كيف ضلل شذوذ الحمض النووي العلماء لعدة قرون

قضى نيزك ضخم على معظم الديناصورات قبل 65 مليون سنة. لكن ليس كل. بعد حدث الانقراض، ازدهرت الطيور – الديناصورات من الناحية الفنية –.

لقد أمضى العلماء قرونًا في محاولة تنظيم وفرز 10000 شخص صِنف تشكل الطيور شجرة عائلة حية لفهم كيف ملأت آخر الديناصورات الباقية السماء. أرخص الحمض النووي كما هو الحال مع عدد لا يحصى من الأنواع الأخرى، كان من المفترض أن يؤدي التسلسل إلى تبسيط هذا الأمر.

لكن الطيور مستعدة لخداعنا.

في زوج من الأوراق البحثية الجديدة المنشورة اليوم، 1 أبريل، كشف العلماء أن حدثًا آخر وقع قبل 65 مليون سنة قد ضللنا بشأن التاريخ العائلي الحقيقي للطيور. واكتشفوا أن جزءًا من الكروموسوم ظل مجمداً لملايين السنين ورفض الاختلاط مع الحمض النووي المجاور.

هذا التقسيم، الذي يمثل حوالي 2% من جينوم الطيور، دفع العلماء إلى الاعتقاد بأن معظم الطيور يمكن تقسيمها إلى جنسين رئيسيين، حيث يعتبر طيور النحام والحمام أقارب تطوريين. تفسر شجرة العائلة الأكثر دقة الخطأ في ربط الجينوم، حيث تحدد أربع مجموعات رئيسية وتحدد طيور النحام والحمام باعتبارها الأكثر ارتباطًا.

طائر النحام العملاق في مايوركا، إسبانيا. يكشف كشف الغموض الوراثي أن طيور النحام والحمام مرتبطان ببعضهما البعض بشكل أبعد مما كان يعتقد سابقًا. الائتمان: دانيال ج. مجال

اختراق في أبحاث تطور الطيور

وقال إدوارد براون، دكتوراه، المؤلف الرئيسي للورقة البحثية المنشورة في المجلة: “كان مختبري يكافح مع تطور الطيور لفترة أطول مما كنت أعتقد”. وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم وأستاذ علم الأحياء جامعة فلوريدا. “لم نكن نعلم أنه سيكون هناك مثل هذا الجزء الكبير من الجينوم الذي يتصرف بشكل غير طبيعي. لقد عثرنا عليه.

أشرف براون على فريق دولي من المتعاونين بقيادة سيافاش ميراراب، أستاذ هندسة الكمبيوتر في جامعة كاليفورنيا سان دييغو، للكشف عن أدلة على أن هذا الامتداد اللزج من الحمض النووي قد شوه التاريخ الحقيقي لتطور الطيور. ساهم ميراراب وبراون أيضًا بمقالة مصاحبة طبيعة وهو يلخص شجرة عائلة الطيور المحدثة بقيادة جوزفين ستيلر في جامعة كوبنهاغن.

تعد كلتا الورقتين جزءًا من مشروع B10K لجينوميات الطيور بقيادة جوجي تشانغ من جامعة تشجيانغ، وإريك جارفيس من جامعة روكفلر، وتوم جيلبرت من جامعة كوبنهاغن.

شجرتان لعائلة الطيور متبادلتان. تجمع شجرة العائلة العلوية طيور النحام والحمام معًا باللون الأزرق والأزرق المخضر، على التوالي، في حين أن شجرة العائلة السفلية لا تفعل ذلك. تم بناء شجرة العائلة العليا حول فجوات في جينومات الطيور التي سبقت انقراض الديناصورات. بعد حساب هذه التشوهات الجينية، ستكون شجرة العائلة أدناه أكثر دقة. ائتمان: إدوارد براون

الشذوذات الوراثية والذكاء التطوري

قبل عشر سنوات، قام براون ومعاونوه بتجميع شجرة عائلة لطيور النيوفيين، والتي تضم معظم أنواع الطيور. بناءً على جينومات الأنواع الـ 48، قاموا بتقسيم المبتدئين إلى مجموعتين كبيرتين: الحمام وطيور النحام في مجموعة واحدة، وجميع الأنواع الأخرى في مجموعة أخرى. وعندما تكرر تحليل مماثل هذا العام باستخدام 363 نوعا، ظهرت شجرة عائلة مختلفة تفصل بين الحمام وطيور النحام إلى مجموعتين منفصلتين.

ومع وجود شجرتين عائليتين متبادلتين في متناول اليد، بحث العلماء عن تفسيرات يمكن أن تحدد الشجرة الصحيحة.

وقال براون: “عندما نظرنا إلى الجينات الفردية والشجرة التي تدعمها، أصبح من الواضح فجأة أن جميع الجينات الداعمة للشجرة القديمة كانت في نفس المكان. وهذا ما بدأ الأمر برمته”.

وبفحص الموقع، لاحظ فريق براون أنه لم يختلط معًا كما ينبغي على مدى ملايين السنين من التكاثر الجنسي. مثل البشر، تنقل الطيور جينات أب وأم واحدة إلى الجيل التالي. لكن الطيور والبشر يمزجون أولاً الجينات التي ورثوها من آبائهم عندما يصنعون الحيوانات المنوية والبويضات. تسمى هذه العملية إعادة التركيب، وهي تزيد من التنوع الجيني للأنواع من خلال ضمان عدم وجود شقيقين متشابهين.

حمامة فاكهة الومبو في كوينزلاند، أستراليا. يكشف كشف الغموض الوراثي أن طيور النحام والحمام مرتبطان ببعضهما البعض بشكل أبعد مما كان يعتقد سابقًا. الائتمان: دانيال ج. مجال

وجد فريق براون دليلاً على أن جزءًا من كروموسوم الطيور قد قام بقمع عملية إعادة التركيب هذه لبضعة ملايين من السنين بحلول الوقت الذي اختفت فيه الديناصورات. ليس من الواضح ما إذا كان حدث الانقراض والشذوذات الجينية مرتبطين ببعضهما البعض.

ونتيجة لذلك، تشابهت طيور النحام والحمام مع بعضها البعض في هذه القطعة المجمدة من الحمض النووي. ولكن عندما تم أخذ الجينوم بأكمله في الاعتبار، أصبح من الواضح أن المجموعتين كانتا مرتبطتين بشكل أبعد.
وقال براون: “الأمر المثير للدهشة هو أن هذه الفترة من إعادة التركيب المكبوتة يمكن أن تضلل التحليل”. “ولأن ذلك كان سيضلل التحليل، فقد تم العثور عليه بالفعل بعد أكثر من 60 مليون سنة في المستقبل. وهذا هو الجزء الرائع.”

قد يكمن هذا الغموض في جينومات الأنواع الأخرى أيضًا.

وقال براون: “لقد وجدنا هذه المنطقة المعيبة في الطيور لأننا بذلنا الكثير من الطاقة في تسلسل جينومات الطيور”. “أعتقد أن هناك حالات مماثلة لأنواع أخرى لم تُعرف بعد.”

ملحوظات:

جوزفين ستيلر، شاهونج فينج، العابد شودري، إيكر ريفاس جونزاليس، ديفيد أ. “تعقيد تطور الطيور الذي كشفت عنه الجينات على مستوى الأسرة” بقلم دوشين، غوي فانغ، يوان دينغ، أليكسي كوزلوف، ألكسندروس ستاماداكيس، جيمس كليرام إم تي نجوين، سيمون واي دبليو هو، برانت سي. فيركلوث، جوليا هاج، بيتر هود، جويل كراكرافت، ميتين بالابان، أوين ماي، غوانغجي تشين، رونغشينج جاو، تشينجران تشو، يولونغ شيه، زيجيان هوانغ، تشن كاو، تشي يان، هوو أ.أوغيلفي، لؤي نخلة، بنت ليندو، بينوا موريل، جون ماونت، أغوستينو أنتونيس، ديتر توماس تيتز. ، مادس بيرتيلسن، فومين لي، كارستن راهبيك، غاري آر جريفز، ميكيل إتش شيروب، تانديدنو. توماس ب. جيلبرت، إريك د. جارفيس، تشيافاش ميراراب، وغوجي تشانغ، 32 مارس 2024، طبيعة.
دوى: 10.1038/s41586-024-07323-1

كيرستين هاو “القمع الجزئي لإعادة الإعمار المكبوت يضلل علم السلالات النيوفيان” بقلم سيافاش ميراراب، إيكر ريفاس غونزاليس، شاهونغ فنغ، جوزفين ستيلر، تشي فانغ، يوين ماي، جلين هيكي، غوانغجي تشين، نادولينا براجوكا، أليفيوكو، ألي إف دبليو، جيو، جلين هيكي .، أجوستينو أنتونيس، ميكيل إتش شييروب، بنديكت باتن، إريك د. جارفيس، جوجي تشانغ، وإدوارد إل براون، 1 أبريل 2024، وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم.
دوى: 10.1073/pnas.2319506121

تم دعم هذا العمل جزئيًا من قبل المؤسسة الوطنية للعلوم.