جنین اسکیت در مراحل اولیه رشد
دیوید گلد، لین کی و مگان موریسی، دوره جنین شناسی، آزمایشگاه بیولوژیکی دریایی
اسکیت ها باله های بال مانند خود را با کمک یک ترکیب ژنتیکی به دست آوردند که بخش های مختلف ژنوم آنها را در تماس فیزیکی با یکدیگر قرار داد. این امر الگوی جدیدی از فعالیت ژنی را در باله‌های جنین اسکیت ایجاد کرد و نشان داد که چگونه تغییرات در معماری سه بعدی ژنومی می‌تواند باعث تکامل ساختارهای بدن جدید شود.
زیست شناسان تکاملی مجذوب باله های ماهی هستند، زیرا آنها یکی از نوآوری های بزرگ در مهره داران را نشان می دهند: زائده های جفتی. اینها تنوع شگفت انگیزی از فرم ها، از جمله بازوهای ما را نشان می دهند. در اسکیت ها معادل باله های جلویی یا سینه ای آنها است که به سمت جلو کشیده شده و با سر ترکیب شده اند.
تتسویا ناکامورا، زیست‌شناس رشدی در دانشگاه راتگرز در نیوجرسی می‌گوید: «به نحوی، باله سینه‌ای و سر کاملاً از نظر عملکرد و ساختار ترکیب و یکپارچه شده‌اند. “این حیوان کاملاً قابل توجهی است.”
برای بررسی چگونگی تکامل باله ها، تیم ناکامورا به همراه پنج گروه دیگر، ساختار سه بعدی ژنوم اسکیت کوچک را بررسی کردند.Leucoraja erinacea).
آنها می خواستند اسکیت ها را مطالعه کنند زیرا ژنوم آنها، مانند کوسه ها و پرتوها، کندتر تکامل یافته و شبیه مهره داران اجدادی نسبت به سایر حیواناتی است که معمولاً در تحقیقات مورد استفاده قرار می گیرند، مانند گورخرماهی. این امر تشخیص تغییرات مهم را آسان‌تر می‌کند و چشم‌اندازی در مورد تکامل ژنوم ارائه می‌دهد که در بازه زمانی طولانی‌تری باز می‌گردد.
محققان به دنبال ساختارهایی به نام دامنه های مرتبط با توپولوژی (TADs) بودند. اینها حلقه‌های بزرگ و مستقل از DNA و پروتئین هستند که ژن‌ها را با مناطق غیر کدکننده DNA به نام تقویت‌کننده‌ها در تماس قرار می‌دهند که مکان و زمان فعال بودن ژن‌ها را کنترل می‌کنند.
شناخته شده است که TAD ها در توسعه نقش دارند و اختلال در ساختار آنها می تواند باعث ایجاد شرایط مادرزادی در انسان شود. همچنین مشخص شده است که TAD های تغییر یافته باعث نوآوری های تکاملی در پستانداران دیگر مانند غدد جنسی خال های ماده می شوند. یک سوال بزرگ این است که آیا آنها نقش گسترده تری در تکامل مهره داران داشته اند یا خیر.
تیم ها ساختار سه بعدی TAD های اسکیت را استنباط کردند، سپس آن ها را با نزدیک ترین خویشاوندانشان، کوسه ها، مقایسه کردند. آنها بخش‌هایی از DNA را یافتند که در داخل TADهای اسکیت شامل ژن‌های قطبیت سلولی مسطح، که به سلول‌ها کمک می‌کند تا در یک جهت در صفحه یک بافت قرار گیرند، شکسته شده و حرکت کرده بودند. این ژن ها به همین دلیل است که موهای روی پوست پستانداران همه در جهت خاصی قرار دارند.
این تیم نشان داد که یکی از این ژن‌ها اکنون در ایجاد باله‌های سینه‌ای اسکیت، اما نه کوسه، فعال است. ناکامورا فکر می کند این ممکن است به این معنی باشد که سلول های باله اسکیت می توانند در یک جهت کشیده شوند و بر شکل بافت تأثیر بگذارند.
اگرچه این کل داستان تکامل باله اسکیت نخواهد بود. او می‌گوید ژن‌ها و تقویت‌کننده‌های دیگر نیز در این امر دخیل خواهند بود. «تکامل واقعاً پیچیده است. بیشتر از آنچه انتظار داشتیم.»
این تیم دریافتند که TAD ها بر بخش هایی از DNA که می توانند به اطراف منتقل شوند یا گم شوند و کدام بخش ها باید در طول تکامل دست نخورده نگه داشته شوند، تأثیر می گذارند. دار، عضو تیم می‌گوید: «من فکر می‌کنم این روشی کاملاً متفاوت برای بررسی چگونگی تکامل ژنوم استکه درo گرگ هابدونمن در مرکز ماکس دلبروک در برلین، آلمان.
متیو هریس از دانشکده پزشکی هاروارد می گوید این کار قدرت تجزیه و تحلیل و مقایسه ساختارهای ژنوم سه بعدی را برای آشکار کردن مکانیسم های جدید پشت نوآوری های تکاملی نشان می دهد. استفاده از این رویکرد، به جای بررسی چگونگی تنظیم ژن های شناخته شده، می تواند شگفتی های بزرگی مانند این مورد را به همراه داشته باشد. او می‌گوید: «هیچ‌کس روزی را با این فکر شروع نمی‌کرد که قطبیت سلول‌های مسطح در تکامل باله‌ها نقش داشته باشد.
موضوعات: