الكروموسوم (Y) يفاجىء العلماء ويكتسب عائلة جينية جديدة
يتوقع العلماء الذين يدرسون الكروموسوم Y العثور على سجل لفقدان الجينات. ففي جميع الثدييات التي دُرست، يفقد الكروموسوم Y جينات على مدى ملايين السنين دون أن يكتسب أي جينات جديدة.
كانت تلك الصورة أحادية الاتجاه هي الافتراض السائد في هذا المجال. ثم اكتشف فريق بحثي يدرس فئران الغزلان جيناً بدا أنه يخالف هذه القاعدة.
وصل الجين إلى الكروموسوم Y، ونسخ نفسه، وبنى شيئًا جديدًا على كروموسوم اعتبره المجال طريقًا مسدودًا.
كروموسوم جنسي متقلص
عادة ما تنتقل الكروموسومات في أزواج متطابقة تتبادل أجزاء من الحمض النووي، وهو إجراء صيانة يكشف أخطاء النسخ قبل أن تلتصق.
لا يوجد لدى الكروموسوم Y شريك حقيقي للتجارة معه، لذلك يتراكم الضرر وتتلاشى جيناته، جينًا تلو الآخر.
ومع ذلك، فإن الكروموسوم يؤدي وظيفته. فالجينات التي لا تزال موجودة هي تلك المسؤولة عن تكوين الحيوانات المنوية، مما يجعل الكروموسوم Y ضرورياً لخصوبة الذكور .
إن هذه السمعة المتعلقة بالخسارة البطيئة هي ما شرع فريق بقيادة إيفان إف. مير في اختباره على فئران الغزلان.
أُجري البحث في مختبر علم الوراثة التابع للدكتور جاكوب مولر في كلية الطب بجامعة ميشيغان .
مشكلة الجينات الاحتياطية
يؤدي تكوين الحيوانات المنوية إلى وضع الكروموسومات الجنسية في مأزق. في منتصف العملية، تقوم الخلية بإيقاف تشغيل الكروموسومين X و Y بشكل شبه كامل، مما يؤدي إلى إسكات جيناتهما في الوقت الذي تكون فيه بعض الجينات مطلوبة.
تحمل الإناث كروموسومين X، لذا يمكن لأحدهما أن يحل محل الآخر. أما الذكور فلديهم كروموسوم واحد فقط، بدون أي كروموسوم احتياطي.
اعتمد التطور على حل بديل – نسخ جينات X الرئيسية على الكروموسومات التي تبقى موجودة.
تعمل تلك النسخ كنسخ احتياطية، وقد تتبعت إحدى الدراسات جينًا منسوخًا تحتاجه الثدييات بالفعل للحيوانات المنوية، ليحل محل جين X الذي يصبح صامتًا.
قال مير: “الأمر أشبه بوجود نسخة مستنسخة منك تستطيع أن تحل محلك عندما تذهب في إجازة”.
جين قفز
في فأر الغزلان، تتبع الفريق جينًا اتخذ مسارًا غريبًا. بدأ كجين روتيني على الكروموسوم X يسمى Phf8.
ومن هناك، انفصلت نسخة منه على كروموسوم جسدي – وهو كروموسوم ليس له دور في تحديد الجنس. ثم، وصلت نسخة أخرى إلى الكروموسوم Y.
على الكروموسوم Y، قامت تلك النسخة الوحيدة بما هو غير متوقع. فقد تضاعفت مراراً وتكراراً حتى شكلت عائلة صغيرة من الجينات المتطابقة تقريباً، والتي أطلق عليها الفريق اسم Phf8y.
يُعد انتقال الجين من الكروموسوم X إلى أحد الكروموسومات الجسمية أمرًا شائعًا؛ فقد سجّل علماء الأحياء العديد من هذه الحالات. لكن لم يسبق لأحد أن سجّل انتقال جين إلى الكروموسوم Y. ولا مرة واحدة.
قال مير: “على حد علمنا، هذا هو المثال الأول على الإطلاق”. وقد أذهل هذا التوجه الفريق.
الكروموسوم Y هو الذي يفقد الجينات، وليس الذي يكتسب عائلات جديدة منها. كانت مشاهدته وهو يستحوذ على جين Phf8y وينسخه أشبه بعكس عملية التحلل.
اختطاف آلات النسخ
يتطلب نقل الجين بين الكروموسومات وجود آليات، وكان جينوم فأر الغزلان يمتلكها.
تنتشر في الحمض النووي لكل حيوان تقريبًا تسلسلات تسمى الجينات القافزة التي تنسخ نفسها وتلصقها حول نفسها، وتشكل ما يقرب من نصف الحمض النووي البشري.
يبدو أن جين Phf8y قد استغل ذلك بالضبط. فبدلاً من المسار المعتاد، يبدو أن الجين قد استولى على هذه الآلية المتنقلة لإنتاج نسخة إضافية ووضعها على الكروموسوم Y.
في أغلب الأحيان، تبقى هذه التسلسلات هادئة، مكبوتة بحيث لا تستطيع إعادة ترتيب الجينوم. بين الحين والآخر، يتحرر أحدها.
يبدو أن هذا الحدث النادر قد منح الكروموسوم Y عائلة جينية جديدة بالكامل.
ميزة تنافسية
ما يفعله Phf8y فعلياً داخل الخلية لا يزال سؤالاً مفتوحاً، على الرغم من أن الفريق يستطيع أن يرى بوضوح أنه يتم تشغيله في الحيوانات المنوية النامية.
كل ما يأتي بعد ذلك مجرد تخمين مبني على معلومات. وأفضل ما لديهم من تخمينات يتعلق بكيفية تعبئة الحمض النووي.
مع نضوج الحيوان المنوي، يلتف حمضه النووي ويُضغط في رأس أصغر بكثير من رأس الخلية الطبيعية. قد يساعد Phf8y في هذه العملية.
سيكون لهذا الدور معنى بالنظر إلى موقع الجين. فالكروموسومات الجنسية مكتظة بشكل غريب بالجينات النشطة فقط في تكوين الحيوانات المنوية، وهو نمط تم تحديده في إحدى تحليلات الخلايا الجرثومية للفئران.
تشير فئران المنازل إلى سبب استمرار هذا الجين، حيث تتنافس جينات X و Y المتنافسة على ما إذا كان النسل سيخرج ذكراً أم أنثى.
إذا قام Phf8y بتعديل طريقة بناء الحيوانات المنوية الحاملة للكروموسوم Y، فقد يمنحها ذلك بداية أفضل قليلاً.
ماذا يعني هذا الاكتشاف
قبل هذا العمل، كانت قصة الكروموسوم Y تسير في اتجاه واحد، نحو الخسارة.
يُظهر جين Phf8y أن حركة الجينات قد تسير في الاتجاه المعاكس، حيث ينتقل الجين بالكامل إلى الكروموسوم Y ويتكاثر بعد استقراره. ويمكن للكروموسوم المسدود أن يتكاثر.
يُغيّر هذا الاكتشاف فهم علماء الأحياء لتطور الكروموسوم Y. فكيفية وصول الجينات الجديدة إلى الكروموسوم Y تُؤثر على كيفية حفاظ الجماعة على نسبة جنسية ثابتة ، تقارب النصف ذكور والنصف إناث.
وفي ورقة بحثية منفصلة ، تم إيقاف جينات Y للفئران واحداً تلو الآخر، مما أدى إلى تعثر إنتاج الحيوانات المنوية.
بالنسبة للعلماء، يقدم هذا الاكتشاف حلاً ملموساً للغز قديم، وهو لماذا يظل الجنسان متوازنين تقريباً جيلاً بعد جيل.
الكروموسوم الذي طالما اعتُبر موقعًا للتلف، يكتسب بهدوء أجزاءً جديدة. وهذا يمنح هذا المجال أرضية صلبة للعمل عليها.
نُشرت الدراسة في مجلة Current Biology .