ژنهایی از پستوخانه

نوع مقاله : مقاله ترویجی

نویسنده

دانشگاه تهران

چکیده

بر خلاف دیدگاه کلاسیک که ژنهای جدید صرفاً از ژنهای قبلی تکامل می‍یابند، کشفیات جدید نشان می‍دهد که منبع ژنهای جدید می‍تواند به شکل De novo از توالی های غیررمزگذار هم به وجود آیند. برآوردها نشان می‍دهند که حدود 10 درصد ژنها از طریق De novo ساخته می‍شوند. این یافته‍ها دیدگاه مرسوم تکامل ژنها را توسعه می‍بخشد و نشان می‍دهد که تشکیل ژنهای جدید در طول تکامل انعطاف‍پذیرتر از آن است که قبلاً تصور می‍شد. اینکه ژنهای جدید می‍توانند از توالی‍های تکراری، زمانی موسوم به Junk DNA پدید آیند نقش تازه‍ای برای این توالی‍های غیررمزگذار تأیید می‍کند. ایجاد ژنهای جدید از این راه گویی موجودات حامل آنها را برای سازگاری با محیط کارآتر می‍سازد و نشان می‍دهد که ژنگان موجودات تا چه اندازه پویاست.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Genes from The Junkyard

نویسنده [English]

  • Nazanin Andalib
University of Tehran
چکیده [English]

In the depths of winter, water temperatures in the ice-covered Arctic Ocean can sink below zero. That’s cold enough to freeze many fish, but the conditions don’t trouble the cod. A protein in its blood and tissues binds to tiny ice crystals and stops them from growing. Where codfish got this talent was a puzzle that evolutionary biologist Helle Tessand Baalsrud wanted to solve. She and her team at the University of Oslo searched the genomes of the Atlantic cod (Gadus morhua) and several of its closest relatives, thinking they would track down the cousins of the antifreeze gene. None showed up. Baalsrud, who at the time was a new parent, worried that her lack of sleep was causing her to miss something obvious.

کلیدواژه‌ها [English]

  •  Gene
  • Junkyard
  • Gadus morhua

Genes from The Junkyard

Levy A.

Nature, Vol5.74, 17, 314, October 2019

ژنهایی از پستوخانه

نازنین عندلیب*

تهران، دانشگاه تهران، پردیس علوم، دانشکده زیست شناسی

دانشمندان سال‌ها فکر می‌کردند، ژن‌های جدید بر اثر تکامل و سرهم‌بندی ژن‌های قدیمی ظاهر می‌شوند. اما معلوم شده است که انتخاب طبیعی بسیار خلاقانه‌تر عمل می‌کند.                                             آدام لِوی (Adam Levy)

چکیده

بر خلاف دیدگاه کلاسیک که ژنهای جدید صرفاً از ژنهای قبلی تکامل می‍یابند، کشفیات جدید نشان می‍دهد که منبع ژنهای جدید می‍تواند به شکل De novo از توالی های غیررمزگذار هم به وجود آیند. برآوردها نشان می‍دهند که حدود 10 درصد ژنها از طریق De novo ساخته می‍شوند. این یافته‍ها دیدگاه مرسوم تکامل ژنها را توسعه می‍بخشد و نشان می‍دهد که تشکیل ژنهای جدید در طول تکامل انعطاف‍پذیرتر از آن است که قبلاً تصور می‍شد. اینکه ژنهای جدید می‍توانند از توالی‍های تکراری، زمانی موسوم به Junk DNA پدید آیند نقش تازه‍ای برای این توالی‍های غیررمزگذار تأیید می‍کند. ایجاد ژنهای جدید از این راه گویی موجودات حامل آنها را برای سازگاری با محیط کارآتر می‍سازد و نشان می‍دهد که ژنگان موجودات تا چه اندازه پویاست.

کلیدواژگان: DNA آشغال، تکامل ژنها، ژنهای ازنو

* مترجم مسئول، پست الکترونیکی: [email protected]

 

 

در اوج زمستان، دمای آب در اقیانوس منجمد‌شمالی پوشیده از یخ به زیر صفر درجه می‌رسد. این دما، به اندازه کافی برای یخ‌زدن اکثر ماهی‌ها کافی است، اما در روغن‌ماهی (Codfish) این اتفاق نمی‌افتد. یک پروتئین ویژه در خون و بافت‌های این نوع از ماهی‌ها، با پیوستن به بلورهای کوچک یخ، رشد آن‌ها را متوقف می‌کند.

خصوصیت روغن‌ماهی یک معما بود تا اینکه هله تسندبالسرود (Helle Tessand Baalsurd)، زیست‌شناس تکاملی درصدد حل آن برآمد. بالسرود و همکارانش در دانشگاه اسلوو (Oslo) در مورد ژنگان روغن‌ماهی‌اطلسی (Gadus morhua) و نزدیک‌ترین خویشاوند آن‌ها مطالعه کردند تا بتوانند ژن‌های ضد‌یخ‌زدگی را ردیابی کنند. هیچ نتیجه‌ای به‌دست نیامد. بالسرود، کسی که اولین بار این موضوع را مطالعه کرد، نگران بود که شاید کمبود خواب وی در ایامی که مادر شده بود باعث شد که خیلی از بدیهیات را از دست داده ‌باشد.

سپس او در اثر مطالعاتی که انجام داد به  این  نتیجه  رسید

که ژن‌ها همیشه از ژن‌های موجود، تکامل یافته و این همان موردی است که زیست‌شناسان مدت‌ها تصورمی‌کردند. در عوض، برخی ژن‌ها از گستره‌ی ژنگان که رمزگذار مولکول‌های عملکردی نیستند، ساخته شده‌اند. زمانی‌که او دوباره ژنگان ماهی را مطالعه کرد به نکات [جالبی] دست‌یافت: ظاهراً پروتئین ضدیخ‌زدگی که برای بقای روغن‌ماهی ضروری است از حذف‌شدن ایجاد شد (1). در این مرحله سایر محققین هم به نتیجه‌ی مشابه دست‌یافتند (2).

روغن‌ماهی یک مشارکت خوبی ایجاد کرد. در پنج سال گذشته، محققان نشانه‌های زیادی از ژن‌های جدید ازنو (De novo) را در دودمان‌های مختلف که شامل موجودات  الگو مانند مگس‌میوه، موش، گیاهان زراعی مهم و انسان بود را بررسی کردند. بعضی از این ژن‌ها در مغز، بافت بیضه و بعضی دیگر در سرطان‌های مختلف بیان می‌شوند.

ژن‌های ازنو (de novo)  حتی  باعث  تجدیدنظر  در  برخی بخش‌های نظریه تکامل شدند. به‌صورت مرسوم نظر براین بود که ژن‌های جدید به‌صورت تصادفی از ژن‌های موجود بر اثر مضاعف‌شدن، ترکیب و یا شکستن از یکدیگر ایجاد می‌شوند، اما اکنون بعضی از محققین تصور می‌کنند، ژن‌های ازنو می‌توانند تا حدودی متداول باشند: مطالعات نشان داد، حداقل یک دهم از ژن‌ها به‌طریق ازنو ساخته می‌شوند و مطالعات دیگر نشان داد، ایجاد ژن‎های از‌نو بیشتر از ژن‌هایی است که از طریق مضاعف‌شدن ایجاد می‌شوند. ایجاد [ژن از‌نو] مرزهای ساخت یک ژن را از بین برد و نشان دادکه ماده اولیه برخی ژن‌های جدید در DNA غیررمزگذار وجود دارد (Birth of a gene).

یونگ ژانگ (Yong Zhang) محقق در زمینه ژنتیک در مؤسسه جانورشناسی آکادمی علوم چین در پکن (Beijing) و کسی که نقش ژن‌های از ‌نو را در مغز انسان مطالعه کرده است می‌گوید: توانایی موجودات برای به‌دست‌آوردن ژن‌های جدید از طریق از نو گواه "انعطاف‌پذیری تکامل برای ساختن موارد به ظاهر غیرممکن را ممکن کرد".

اما محققان هنوز نتوانسته‌اند چگونگی ایجاد قطعی ژن از طریق از نو را شناسایی کنند و هنوز پرسش‌هایی در مورد چگونگی و پیدایش چندباره ایجاد این ژن‌ها باقی‌مانده است. درحال‌حاضر، دانشمندان تعجب می‌کنند زمانی‌که مواد اکثر ژن‌ها از قبل وجود دارد، چرا تکامل منجربه ایجاد مشکل در ساخت ژن‌ها از طریق حذف‌کردن (scratch) می‌شود. چنین سئوالات پایه‌ای نشان می‌دهد که چقدر در زمینه‌ی این رشته بی‌تجربه هستیم. بالسرود می‌گوید: "شما لازم نیست به‌سال‌های قبلی که تکامل ژن‌ها از طریق ازنو وجود داشت برگردید"

افزودههای جدید

پیش از دهه‌ی 1970، متخصصان ژنتیک، تکامل را یک روند کاملاً محافظه‌کارانه می‌دانستند. سوسومی اوهنو (Susumu Ohno) می‌گوید: "به معنای دقیق هیچ‌چیز در تکامل ازنو ایجاد نمی‌شود و هر ژن جدید باید از ژن‌های موجود ساخته شود" و فرضیه‌ای را مطرح کرد که اکثر ژن‌ها به‌روش مضاعف‌شدن تکامل می‌یابند (3).

مضاعف‌شدن ژن‌ها زمانی اتفاق می‌افتد که اشتباه در روند همتاسازی DNA منجربه ایجاد چندین نمونه از ژن شود. در نسل‌های  مختلف نسخه‌ها دچار جهش و واگرایی (Diverge) شده، و در‌ نهایت مولکول‌های مختلف رمزگذاری و هر کدام عملکرد خاص خود را نشان‌دادند. از دهه 1970، باتوجه به‌اینکه ژن‌های موجود می‌توانند شکسته و یا به‌صورت جانبی بین گونه‌ها منتقل شوند، محققان نمونه‌های دیگری از چگونگی اثر تکامل در بازسازی ژن‌ها پیداکردند. همه این فرآیندها مرسوم بود: ماده اصلی آن رمز موجود در ماشین مولکولی می‌باشد.

اما ژنگان‌ها فقط حاوی ژن‌ها نیستند: در حقیقت فقط درصد کمی از ژنگان انسان به‌طور مثال دارای ژن‌های رمزگذار می‌باشد. در کنار بخش‌هایی از DNA [که دارای ژن‌های رمزگذار است] به‌نظر بخش‌هایی مسموم به Junk DNA وجود دارد که فاقد هرگونه عملکرد است. برخی از این بخش‌ها بدون اینکه در واقع دارای ژن‌های رمزگذار باشد، دارای ویژگی‌های مشترکی با ژن‌های رمزگذار پروتئین هستند: به‌عنوان مثال این نواحی دارای کدون 3 حرفی هستند که در سلول می‌تواند به پروتئین تبدیل شود.

دانشمندان در اوایل سدۀ 21 دریافتند، بخش‌های غیر رمزگذار DNA دارای رمزهای عملکردی برای پروتئین‌ها هستند. تعیین توالی ژنتیکی تا آن‌جا پیشرفت کرد که محققان توانستند کل ژنگان خویشاوندان نزدیک را با یکدیگر مقایسه کنند؛ شواهدی به‌دست آمد که ژن‌ها در طی تکامل به‌سرعت ازبین می‌روند و آیا ژن‌ها به همین سرعت نیز می‌توانند به‌وجودآیند یا خیر.

در سال 2006 و 2007، دیویدبیگن (David Begun)، متخصص ژنتیک تکامل در دانشگاه کالیفرنیا برای اولین بار مقاله‌ای در مورد ژن‌های ویژه ازنو به وجود آمده مگس‌ میوه منتشر کرد (4، 5). مطالعات او نشان داد که این ژن‌ها بیشتر در ارتباط با تولید‌مثل در مگس‎های نر بود. بیگن نشان داد [این ژن‎ها] در بیضه‌ها و غدد مایع نطفه ای[1] بیان شد و به‌نظر می‌رسد که نیروی تکامل در انتخاب جنسی و تولید ژن‌ها بسیار تعیین‌کننده بود.

اندکی قبل از آن، مارآلبا[2] متخصص ژنتیک تکاملی در مؤسسه تحقیقاتی پزشکی بیمارستان دلمار[3] در بارسلونا[4] اسپانیا[5] نشان‌داد هر چه ژن جدیدتر باشد از نظر تکامل سرعت رشد آن بیشتر است (6).

او گمان کرد، چنین نتیجه‌ای به این دلیل باشد که مولکول‌های رمزگذاری شده توسط ژن‌های جوان کمتر اصلاح می‌شوند و نیاز به‌تنظیم بیشتری دارند و در نتیجه ژن‌های ازنو ایجاد و این ژن‌های ازنو عملکرد ژن‌های قدیمی را که از آن تکامل یافته‌اند را ندارند. آلبا و بیگن خاطرنشان کردند که انتشار کارهای اولیه آن‌ها در این زمینه چالش‌برانگیز بود. آلبا می‌گوید: "بدبینی بسیاری وجود داشت. شگفت‌آوراست که چگونه اوضاع تغییر کرده‌است".

مطالعات بسیاری برای شناخت ژن‌های ازنو انجام شده‌است. برای مثال ژنی در گیاه رشادی‌گوش‌موشی[6] یا آرابیدوپسیس‌تالیانا[7] نشاسته تولید و همچنین ژنی ازنو در مخمر به رشد سلول‌ها کمک می‌کند. درک آنچه که این ژن‌های ازنو برای میزبان خود انجام می‌دهند و این‌که چرا این ژن‌ها در اثر تکامل، از [ژن‌هایی که از] مواد موجود براثر حذف‌شدن ایجاد‌ می‌شوند سودمندتر است، به ایجاد آن‌ها کمک می‌کند. بیگن می‌گوید: "اگر ما متوجه عملکرد ژن‌های ازنو نشویم، نمی‌توانیم عملکرد آن‌ها را درک کنیم".

ژنهای در نوبت

مطالعه ژن‌های ازنو در واقع مطالعه‌ی بخشی از ژنتیک و بخشی از یک آزمایش است. آن-روکساندرا کارونیس[8] در دانشگاه پیتسبورگ[9] پنسیلوانیا[10] می‌پرسد: "چرا رشته ما تا این اندازه دشوار است؟ به‌خاطر فلسفی بودن موضوع است". در قلب این سئوال، سئوالی وجود دارد که کارونیس یک دهه است می‌پرسد: ژن چیست؟

به‌ بخشی از توالی DNA یا RNA ژن گفته می‌شود که یک مولکول عملکردی رمزگذاری ‌کند. با‌این‌حال، ژنگان مخمر دارای صدهاهزار توالی است که به‌صورت قالب خواندن باز[11] شناخته می‌شوند و از نظر تئوری می‌توانند به پروتئین‌ها ترجمه ‌شوند، اما متخصصان ژنتیک تصور می‌کنند که این ژن‌ها یا خیلی کوتاه هستند و یا بسیار متفاوت از رمزهای شناخته‌شده برای موجودات مرتبط که بتوانند عملکردهای احتمالی داشته باشند.

زمانی‌که کارونیس برای پروژۀ مقطع دکتری قالب‌های باز خواندن در مخمر را مطالعه کرد، شک کرد که همه‌ی این بخش‌ها  غیرفعال باشند. در مطالعه‌ای (7) که در سال 2012 منتشرشد، وی بررسی‌کرد که آیا این قالب‌های باز خواندن دقیقا مانند ژن‌ها به RNA رونویسی شده و آیا به پروتئین ترجمه می‌شوند یا خیر، اگرچه مشخص نیست که آیا این پروتئین‌ها برای مخمر مفید باشند و این‌که آیا این پروتئین‌ها در سطح کافی برای عملکرد ترجمه می‌شوند. کارونیس می‌گوید: "بنابراین ژن چیست؟ نمی‌دانم". اگرچه آنچه که او فکر می‌کرد بدان دست یافته "موادخام و مخزنی برای تکامل بود".

خیلی از این به‌اصطلاح ژن‌ها یا همان چیزی که کارونیس و همکارانش ژن‌های اولیه[12] نامیدند، توالی‌های بلند و دستورالعمل‌های لازم بسیاری برای تبدیل DNA به پروتئین را دارند و خیلی شبیه به ژن‌ها می‌باشند. ژن‌های اولیه می‌توانند یک زمینه‌ی آزمایش مناسبی در تکامل برای تبدیل مواد غیر رمزگذار به ژن‌های واقعی فراهم‌آورند. اوئیف مک لیزاگت[13]  که در مورد تکامل مولکولی در کالج ترینیتی[14] دوبلین[15] کار می‌کند، پیشنهاد کرد: "این مانند راه‌اندازی محصول خود در نسخه بتا است[16]".

برخی از محققان فراتر از مشاهده به‌منظور بیان مواد غیر رمزگذار، موجودات را دست‌کاری کردند. مایکل ناپ[17] و همکارانش در دانشگاه اوپسالا[18]، سوئد[19] نشان‌دادند که، وارد کردن[20] و بیان تصادفی در E.coli قالب‌های باز خواندنی ایجاد می‌کند که می‌تواند مقاومت باکتری را در برابر آنتی‌بیوتیک‌ها با ایجاد یک توالی که یک پپتید تولید می‌کند، 48 برابر افزایش دهد (8).

با استفاده از روشی مشابه، دیتارد تاوتز[21] و گروه او در مؤسسه زیست‌شناسی تکاملی ماکس‌پلانک[22] در پلوون[23] آلمان نشان دادند که نیمی از توالی‌ها رشد باکتری را کند و به‌نظر می‌رسد که یک چهارم آن رشد باکتری را سرعت می‌بخشد (9) که البته در مورد این نتایج بحث‌هایی وجود دارد. چنین مطالعاتی نشان می‌دهد که پپتیدهای‌ حاصل از توالی‌های تصادفی می‌توانند به‌طرز شگفت‌انگیزی کارآیی و عملکرد داشته باشند.

جوآنا ماسال[24] زیست‌شناس تکاملی از دانشگاه آریزونا[25] در توکسون[26] می‌گوید: اما توالی‌های تصادفی DNA می‌توانند برای پپتید‌هایی که "واکنش‌پذیر، نامطلوب، مجتمع" و انجام کارهای نامناسب دارند، هم رمز داشته باشند. بیان این توالی‌ها در سطوح پایین می‌تواند به انتخاب طبیعی کمک کند تا بخش‌هایی را که احتمالاً مناسب نیستند و پروتئین‌هایی را که با تاخوردگی‌های نامناسب ایجاد می‌کنند از بین برده و بنابراین آنچه در یک گونه باقی‌می‌ماند نسبتاً بی‌خطر است.

آلبا می‌گوید: "ایجاد ژن از مناطق غیر رمزگذار می‌تواند مزایایی نسبت به ‌سایر روش‌های تولید ژن داشته باشد که در تمام اجداد دیده می‌شوند؛ در مقابل، ژن‌های ازنو، مولکول‌های کاملاً متفاوتی تولید می‌کنند که قرار دادن آن‌ها را در شبکه‌های کاملاً تثبیت‌شده‌ی ژن‌ها و پروتئین‌ها دشوار می‌کند. اما این نوع از پروتئین‌ها همچنین می‌توانند برای برخی از کارهای جدید مناسب‌تر باشند. به‌عنوان مثال، یک ژن تازه ایجادشده می‌تواند به موجود کمک کند تا به تغییر شرایط محیط خود پاسخ دهد. این مورد در روغن‌ماهی دیدشده‌است. ‌حدود 15 میلیون سال پیش با خنک‌شدن نیمکره‌ی شمالی، پروتئین ضدیخی [در این نوع ماهی ] ایجاد شد تا بتواند شرایط محیط را تحمل کند.

نرخ زایش

محققان به توالی‌های گسترده برای موجودات خویشاوند نزدیک نیاز دارند تا بتوانند ژن‌های ازنو موجودات را ردیابی کنند. یک نوع برنج از یکی از گیاهان زراعی در یک جزیره گرمسیری در جنوب چین در گرمای طاقت‌فرسای هانیای[27] با وجود شرایط بسیار دشوار، به‌خوبی رشد کرد. مانیدان لانگ[28] متخصص ژنتیک تکاملی از دانشگاه شیکاگو[29] ایلینویز[30] می‌گوید: "این وحشتناک و خیلی گرم است. شما می‌توانید تخم‌مرغ خود را در شن بپزید".

گروه لانگ می‌خواستند بدانند که چه تعداد ژن ازنو در سویه برنج‌دانه (اوریزا ساتیوا[31](  به‌وجودآمده‌است و این ژن‌ها چه پروتئین‌هایی را می‌توانند تولیدکنند. بنابراین گروه او ژنگان آن‌ها را براساس خویشاوندی گروه‌بندی کردند و با استفاده از یک برنامه، مناطقی که حاوی ژن در اکثر گونه‌ها بود و همچنین مناطقی که حاوی ژن‌هایی بود که در برخی وجود نداشت را انتخاب کردند. این فرصتی فراهم کرد تا محققان DNA غیر رمزگذاری را که ژن مورد نظر از آن ایجاد شده شناسایی کنند و مسیر حرکت آن‌ها را به‌عنوان یک ژن پی‌گیری نمایند. آن‌ها همچنین مجموع تعداد ژن‌های ازنو را که در سویه ظاهر شد را گزارش دادند، 175 ژن در طی 4/3 میلیون سال تکامل (10)، ( در همان زمان، 8 برابر ژن‌های حاصل از مضاعف‌شدن).

این مطالعه یکی از بزرگ‌ترین مشغله‌های این رشته است: چگونه یک ژن ازنو را واقعاً تشخیص دهیم. پاسخ‌ها بسیار متفاوت و رویکردها در حال پیشرفت است. به‌عنوان مثال در مطالعه اولیه 15 ژن ازنو را در کل پستانداران کشف کردند (11)؛ در تلاش‌های بعدی فقط 60 مورد را در انسان شناسایی کردند (12). یک گزینه برای یافتن ژن‌های ازنو، به‌کار بردن برنامه‌ای برای جستجوی ژن‌های مشابه در گونه‌های خویشاوند است. اگر ژنی مشخص نشد، ممکن است به‌روش ازنو ایجاد‌ شده ‌باشد. اما عدم یافتن خویشاوندی به‌معنای نبودن هیچ‌گونه خویشاوندی نیست. ژن ممکن است در طول مسیر ازبین‌رفته و یا شکل آن بسیار دورتر از خویشاوند خود باشد. مطالعه برنج با شناسایی اکید قطعات DNA غیر رمزگذار که به ژن‌های ازنو تبدیل شدند، این موضوع را تحقق بخشید.

در طول سال‌های تکامل –چندین سال قبل از میلیون‌ها سال تکامل برنج- تشخیص بین یک ژن ازنو و ژنی که به‌سادگی از نیاکانش جدا شده بسیار دشوار بود، تاویز می‌گوید: بنابراین تعیین تعداد مطلق ژن‌هایی که ازنو ایجاد شده‌اند از ژن‌هایی که از مضاعف شدن به‌وجودآمده‌اند "یک سئوال تقریباً غیر قابل پاسخ است".

 

 

                                                     
   

کدون شروع

 
     

کدون پایان

 
 
 
   

رونویسی

 
 
   

ترجمه

 
     

پروتئین

 
 
 
   

DNA غیرژنی

 
 
   

کسب کدونها

 
   

رونویسی

 
     

یا

 
 
 
 
   

رونویسیDNA

 
   

کسب کدونها توسط DNA

 
 
 
   

پالایش ژن بر اثر فشار انتخاب

 
 

پروتئین بی نظم

 
 
 
   

پروتئین عملکردی

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 



کلودیو کازیلا[32]، متخصص ژنتیک تکاملی در دانشگاه A&M تگزاس[33] در کالج استیشن[34]، برای نشان دادن میزان تنوع نتایج مختلف، از روش‌های جایگزین برای تجزیه و تحلیل دوباره‌ی نتایج مطالعات قبلی استفاده کرد و 40% از ژن‌های پیشنهادی از راه ازنو تأیید نشدند (13). از نظر کازیلا، این نشان‌دهنده‌ی نیاز به استانداردسازی آزمون است. درحال‌حاضر او می‌گوید: "به‌نظر می‌رسد کار بسیار دشوار باشد". شمارش ژن‎های ازنو در ژنگان انسانی هم با همان تبعات جدی همراه است. با شناسایی ژن‌های ازنو، محققان می‌توانند به‌مطالعه‌ی نقش آن‌ها در سلامتی و بیماری ‌بپردازند.

ژانگ و همکاران دریافتند که یک ژن منحصربه‌فرد در مغز افراد مبتلا به بیماری آلزایمر (Alzheimer) در سطح بالایی بیان می‌شود (14) و مطالعات پیشین (15) نسخه‌های خاصی از این ژن را وابسته به نیکوتین معرفی کرد. از نظر ژانگ، تحقیقات در مورد ژن‌های ازنو مرتبط با مغز انسان بسیار دلهره‌آور است. او می‌گوید: "ما می‌دانیم که آن‌چه ما را انسان ساخته، مغز ماست".

بنابراین برای هموارشدن راه در مطالعات آینده، پیشنهاد می‌کند که باید از کیت‌های ژنتیکی برای مطالعه تکامل مغز استفاده شود. ژانگ همچنین پیشنهاد می‌کند، محققان می‌توانند با استفاده از کیت‌های ژنتیکی و به ‌روش آزمایش ارگانوئیدهای (سلول‌های کشت‌شده که به‌عنوان یک اندام مدل استفاده می‌شود) انسان بررسی را انجام دهند.

از ژن‌های ازنو می‌توان برای درک بهتر سرطان نیز استفاده کرد. یکی از این ژن‌ها که در انسان و شامپانزه‌ها وجود دارد، با مدل‌های موشی پیشرفت سرطان نوروبلاستوما رابطه دارد (16).  یک نوع از سرطان انسانی که به‌وسیله ویروس پاپیلوما (Papillomavirus) ایجاد می‌شود شامل ژنی است که در شکل‌های غیر سرطانی دیده نمی‌شود (17).

خصوصیات بسیاری از ژن‌های ازنو مشخص نشده، بنابراین اهمیت بالقوه این [ژن‌ها] در فرآیند سلامت و بیماری مشخص نیست. کارونیس می‌گوید: "مدتی طول خواهد کشید تا بفهمیم که [این ژن‌ها] تا چه اندازه به سلامت انسان و همچنین تا چه اندازه به منشأ گونه انسان کمک می‌کند".

اگرچه ژن‌های ازنو به‌صورت معما باقی‌مانده، اما وجود آن‌ها یک چیز را روشن می‌کند: تکامل می‌تواند به‌راحتی چیزی را از هیچ پدید آورد. کازیلا می‌گوید: "یکی از زیبایی‌های کار با ژن‌های ازنو، این است که نشان می‌دهد ژنگان تا چه اندازه پویا است".

 

تولد یک ژن

دانشمندان مدت‌ها تصور می‌کردند که تکامل ژن‎های جدید به‌روش کپی‌برداری اشتباه، باهم آمیختن و یا جداشدن از ژن‌های موجود انجام می‌شود. اکنون نمونه‌های بسیاری نشان می‌دهد که ژن‌ها به‌صورت ازنو از بخش‌های غیر رمزگذار ژنگان نیز ایجاد می‌شوند.

ژنها چطور کار می کنند

بخشی از DNA که دارای رمز برای مولکول‌های مفید است، ژن‌گفته می‌شود. برای تولید پروتئین، DNA به‌صورت RNA رونویسی و سپس به پروتئین ترجمه می‌شود. توالی سه حرفی به‌نام کدون‌ها (رمزه‌ها) تعیین‌کننده‌ی بخشی از RNA هستند که ترجمه می‌شوند.

ساختن یک ژن از طریق ازنو

ژن‌ها می‌توانند به‌روش رونویسی کدون‌های موجود در بخش غیر رمزگذار DNA به‌همان ترتیب گفته‌شده تکامل یابند. در ابتدا محصول این ژن‌های اولیه ممکن است ناکارآمد و ناقص باشند.

 

[1] - Seminal fluid gland

[2] - Mar Alba

[3] - del Mar

[4] - Barcelona

[5] - Spain

[6] - Thala cress

[7] - Arabidopsis thaliana

[8] - Anne-Ruxandra Carvunis

[9] - Pittsburgh

[10] - Pennsylvania

[11] - Open reading frames (ORFs)

[12] - Proto-gene

[13] - Aoife McLysaght

[14] - Trinity

[15] - Dublin

[16] - عرضه آگاهانه یک محصول ناتمام با اشکالات شناخته‌شده و اشکالات ناشناحته برای کاربران

[17] - Micheal Knopp

[18] - Uppsala

[19] - Sweden

[20] - Insert

[21] - Diethard Tautz

[22] - Max Planck

[23] - Plon

[24] - Joanna Masal

[25] - Arizona

[26] - Tucson

[27] - Hainan

[28] - Manyuan Long

[29] - Chicago

[30] - Illinois

[31] - Oryza sativa japonica

[32] - Claudio Casola

[33] - Texas

[34] - Station

1- Baalsrud, H. T. et al. Mol. Biol. Evol. 35, 593–606 (2018).
2- Zhuang, X. Creating sense from non-sense DNA: de novo genesis and evolutionary history of antifreeze glycoprotein gene in northern codfishes (gadidae). PhD thesis, Univ. Illinois Urbana-Champaign (2014).
3- Ohno, S. Evolution by Gene Duplication (Springer, 1970).
 4- Begun, D. J., Lindfors, H. A., Thompson, M. E. & Holloway, A. K. Genetics 172, 1675–1681 (2006).
5- Begun, D. J., Lindfors, H. A., Kern, A. D. & Jones, C. D. Genetics 176, 1131–1137 (2007).
 6- Albà, M. M. & Castresana, J. Mol. Biol. Evol. 22, 598–606 (2005).
 7- Carvunis, A.-R. et al. Nature 487, 370–374 (2012).
 8- Knopp, M. et al. mBio 10, e00837-19 (2019).
 9- Neme, R., Amador, C., Yildirim, B., McConnell, E. & Tautz, D. Nature Eco. Evol. 1, 0127 (2017).
10- Zhang, L. et al. Nature Ecol. Evol. 3, 679–690 (2019).
11- Toll-Riera, M. et al. Mol. Biol. Evol. 26, 603–612 (2009).
12- Wu, D.-D., Irwin, D. M. & Zhang, Y.-P PLoS Genet. 7, e1002379 (2011).
 13- Casola, C. Genome Biol. Evol. 10, 2906–2918 (2018).
 14- Li, C.-Y. et al. PLoS Comput. Biol. 6, e1000734 (2010).
15- Wang, D., Ma, J. Z. & Li, M. D. Pharmacogenomics J. 5, 166–172 (2005).
16- Suenaga, Y. et al. PLoS Genet. 10, e1003996 (2014).
17- Willemsen, A., Félez-Sánchez, M. & Bravo, I. G. Genome Biol. Evol. 11, 1602–1617 (2019).