İnsan, ahtapot və mərcan arasında demək olar ki, heç bir ortaq cəhət yoxdur kimi görünə bilər, lakin onların xromosomlarında hələ də 600 milyon ildən çox əvvəl yaşamış bir heyvan əcdadından miras qalmış tanınan fraqmentlər var. Vyana Universitetinin tədqiqatçıları indi heyvan həyatı müxtəlifləşdikcə bu qədim genom parçalarının necə yenidən təşkil olunduğunu izləyiblər.

“Science Advances” jurnalında dərc olunmuş tədqiqat göstərir ki, heyvan genomları sınırsız sayda mümkün yolla təkamül keçirmir. Bunun əvəzinə, xromosom dəyişiklikləri tədqiqatçıların “təkamül yolları” adlandırdıqları məhdud bir sıra dönməz yollar boyunca hərəkət etməyə meyllidir. Bu tapıntılar həmçinin heyvan biomüxtəlifliyini anlamaq və qorumaq səyləri üçün dəyərli bir təməl yarada bilər.

600 milyon ildən çox genom təkamülünün izlənməsi

Hər canlı heyvan nəticədə 600 milyon ildən çox əvvəl mövcud olan ortaq bir əcdaddan törəyir. O vaxtdan bəri, yeni heyvan nəsilləri ortaya çıxdıqca xromosomlar dəfələrlə birləşmiş, ayrılmış və yenidən düzülmüşdür.

Artıq minlərlə heyvan genomu ardıcıllıqla araşdırılıb, lakin onların uzunmüddətli təkamülünü müqayisə etmək çətin olaraq qalıb. Bu tədqiqatda Vyana Universitetinin tədqiqatçılarının rəhbərlik etdiyi beynəlxalq bir qrup minlərlə genomu tək bir genişmiqyaslı müqayisədə bir araya gətirdi.

Tədqiqata rəhbərlik edən Vyana Universitetinin professoru Oleq Simakov bildirib ki, “Təkamülün bu qaydalarını anlamaq bizə yalnız keçmişdən xəbər vermir. Bu, həmçinin genom təkamülünün bundan sonra hara gedə biləcəyini soruşmağa və heyvan biomüxtəlifliyinin qorunması üçün əsas tədbirləri müəyyən etməyə imkan verir.”

Bir çox ardıcıllıqla düzülmüş genomlar “qaralamalar” olaraq qalır. Onlar heyvanın hansı genlərə sahib olduğunu, həmin genlərin xromosomları boyunca dəqiq harada yerləşdiyini göstərmədən aşkar edə bilirlər. Xromosom miqyaslı yığımlar, genləri tam xromosomlar arasında düzgün qaydada yerləşdirməklə daha çox detal təmin edir. Bu yığımların istehsalı xeyli çətindir və bu səviyyədə heyvanlar aləmində geniş müqayisə aparmaq üçün yalnız bu yaxınlarda kifayət qədər növ təhlil edilmişdir.

Heyvan Həyat Ağacında Ən Böyük Xromosom Müqayisəsi

Tədqiqatçılar 19 heyvan filasından 4454 növü təmsil edən 5800-dən çox ictimaiyyətə açıq xromosom miqyaslı genomları araşdırdılar. Komandanın sözlərinə görə, bu, heyvan həyat ağacı arasında öz növünün ən böyük müqayisəsidir.

Bu qədər çoxlu məlumatı təşkil etmək üçün elm adamları təkamül genom topologiyası adlanan bir çərçivə yaratdılar. Bu çərçivə heyvan genom strukturlarının çox müxtəlifliyini tək bir xəritəyə yerləşdirir.

Həmin xəritə mühüm bir qanunauyğunluğu ortaya qoydu. Genom arxitekturası təsadüfi olaraq dəyişmir. Bunun əvəzinə, heyvan nəsilləri “təkamül yolları” boyunca hərəkət etməyə meyllidir. Yüzlərlə canlı növün sübutları göstərir ki, müxtəlif qruplar bu yollar boyunca müxtəlif vaxtlarda və fərqli sürətlə hərəkət edib və ya onlardan uzaqlaşıblar.

Vyana Universitetində doktoranturadan sonrakı tədqiqatçı kimi işə rəhbərlik edən və hazırda Lehigh Universiteti və Lehigh Oceans-da dosent vəzifəsində çalışan Darrin Şults bildirib ki, “İlk dəfə olaraq tək bir xəritədə minlərlə genomu görə və heyvanların DNT-sinin təkamül yolu ilə keçdiyi unikal yolları izləyə bilərik. Xəritəyə bütövlükdə baxmaq bizə heyvan genomlarının zamanla necə dəyişdiyinə dair bir təsəvvür verir.” “Və xəritəni fərqli bir şəkildə qatlasaq, fərqli heyvan qruplarının fərqli təkamül yollarına bölündükdən sonra bir-birindən necə fərqli yollar keçdiyini müqayisə edə bilərik.”

Geri Dönməz Xromosom Qarışması Genetik Qeydlər Yayır

Bu nümunələrin arxasında duran əsas qüvvə tədqiqatçıların əvvəllər “qarışma ilə birləşmə” adlandırdıqları bir prosesdir. Bu, iki xromosomun birləşməsi və onların genlərinin qarışması zamanı baş verir. Bu baş verdikdən sonra orijinal düzülüş bərpa edilə bilməz.

Bu dönməzlik bu cür xromosom dəyişikliklərini təkamül tarixinin yenidən qurulması üçün xüsusilə faydalı edir. Hər bir hadisə ortaq əcdadın göstəricisi kimi xidmət edə biləcək davamlı bir genom qeydi qoyur. Tədqiqatçılar artıq bu cür dəlillərdən bütün digər heyvanlarla qardaş qrupunu müəyyən etməyə kömək etmək üçün istifadə ediblər.

Komanda heyvan qrupları arasında xromosom sayındakı fərqlərin iki əsas yolla yarana biləcəyini aşkar etdi. Əcdad xromosomları birləşə və ya ayrıla bilər. Hər iki halda da, birləşmə ilə qarışma fərqli nəsilləri çox fərqli təkamül trayektoriyalarına doğru itələyə bilər.

Heyvan Qrupları Fərqli Genom Memarlıq Bölgələrini İşğal Edir

Prosesi geri çevirmək mümkün olmadığı üçün, əsas xromosom sapması tədqiqatçıların “genom-arxitektura məkanı” adlandırdığı bir nəslin harada bitəcəyinə daimi təsir göstərə bilər.

Belə bir dəyişiklik (“qarışma ilə birləşmə”) baş verdikdən sonra, əsas heyvan qrupları bu genom mənzərəsinin fərqli bölgələrinə köçürülə bilər. Xromosom qarışığı zamanla toplandıqca, nəsillər ayrılmağa davam edir. Bu dəyişikliklər inkişafın idarə olunmasında iştirak edən vacib genlər də daxil olmaqla bir çox gen üzərində uzunmüddətli təsirlər yarada bilər.

Təkamül genom topologiyası yalnız DNT ardıcıllığına əsaslanmaqdansa, genomların düzülüşünə və quruluşuna diqqət yetirir. Bu, tədqiqatçılara sürətlə artan xromosom miqyaslı heyvan genomlarının sayını müqayisə etmək üçün ortaq koordinat sistemi verir.

Bu çərçivə daha yaxından öyrənilməyə layiq olan qeyri-adi təkamül soylarını müəyyən etməyi asanlaşdıra bilər. Bu, həmçinin alimlərə xromosom strukturundakı dəyişikliklərin gen tənzimlənməsi, inkişafı və ya biomüxtəliflikdəki fərqlərlə əlaqəli olub-olmadığını araşdırmağa kömək edə bilər.

Ən Fərqli Heyvan Genomlarından Bəzilərinin Müəyyən Edilməsi

Potensial tətbiqlər təkamül tarixinin yenidən qurulmasından kənara çıxır. Bəzi kladalar genom xəritəsinin yüksək dərəcədə təcrid olunmuş hissələrini tutur, çünki onların xromosom arxitekturası bir-birinə yaxın az paralellərə malikdir.

Ağcaqanadlar, şüşə süngərlər və torpaq qurdları bu şəkildə fərqlənən nəsillər arasındadır. Xüsusilə fərqli genom təşkilatına malik qrupları vurğulamaqla, bu çərçivə tədqiqatçılara daha çox elmi və ya qoruma diqqətini tələb edə biləcək təkamül baxımından qeyri-adi heyvanları müəyyən etməyə kömək edə bilər.

Sistem həmçinin genom təkamülünün mümkün gələcək istiqamətlərini simulyasiya edə bilər. Bu, alimlərə heyvan genomlarının və biomüxtəlifliyin zamanla necə dəyişməyə davam edə biləcəyini araşdırmaq üçün bir yol verə bilər.

Xülasə

• Tədqiqatçılar 19 əsas heyvan qrupundakı 4454 növdən 5800-dən çox xromosom miqyaslı genomları müqayisə edərək heyvan genomunun ilk vahid “xəritəsini” yaratdılar. Bu, indiyə qədər öz növünün ən böyük təhlilini təmsil edir.
• Nəticələr göstərir ki, heyvan genomları məhdud “təkamül yolları” boyunca hərəkət edir. Xromosomların birləşməsi və ayrılması geri qaytarıla bilməyən dəyişikliklərə səbəb ola bilər və bu da genomların sadəcə əvvəlki düzülüşlərinə qayıtmasının qarşısını alır.
• Yeni xəritə hansı heyvan nəsillərinin xüsusilə qeyri-adi genom arxitekturasına malik olduğunu və həmçinin genom təkamülünün mümkün gələcək istiqamətlərini simulyasiya etmək üçün istifadə edilə biləcəyini göstərir.
• Tədqiqatçılar əlavə tədqiqat üçün qeyri-adi nəsilləri müəyyən etmək və xromosom dəyişikliklərinin gen tənzimlənməsi, inkişafı və ya biomüxtəliflikdəki fərqlərlə əlaqəli olub-olmadığını yoxlamaq üçün çərçivədən istifadə edə bilərlər.
• Bu tapıntılar həmçinin heyvan biomüxtəlifliyinin qorunması üçün mühüm elmi əsas təmin edə bilər.

Bu tədqiqatın maliyyələşdirilməsi Avropa Tədqiqat Şurası (Horizon 2020 / Avropa Birliyi Tədqiqat və İnnovasiya Proqramı, qrant № 945026), Avstriya Elm Fondu (FWF, qrant P32190) və Vyana Haus des Meeres Verein-in Rupert Riedl Mükafatı tərəfindən təmin edilmişdir.