کشف مسیر ژنتیکی تکاملی که باعث راه راه شدن بدن زنبور عسل می‌شود

به گزارش پایگاه اطلاع رسانی ایران رصد، به نقل از مجله علمی GBE، در یک مطالعه، محققان گزارش دادند که چگونه یک ژن Hox، یک ژن رشدی اصلی که هویت ساختارهای بخش‌های زنبور را تنظیم می‌کند، مجموعه پیچیده‌ای از ژن‌های پایین‌دستی را فعال می‌کند که در نهایت منجر به تغییرات قطعه‌ای در رنگدانه‌های زنبور می‌شود.

در حالی که بیشتر مردم در ایالات متحده ممکن است زنبورهای بامبل را به عنوان انواع استاندارد زرد و سیاه تصور کنند. تخمین زده می شود که ۲۶۰ گونه زنبور عسل وجود دارد که حدود ۴۰۰ الگوی رنگی مختلف دارند. یکی از دلایلی که بسیاری از مردم زنبورهای بامبل را با رنگ‌های متمایز مرتبط می‌دانند این است که تکامل می‌تواند روی چندین گونه زنبور تأثیر بگذارد. تا الگوهای رنگی مشابهی را در مناطق جغرافیایی خاص به اشتراک بگذارند، که دانشمندان آن را تقلید می‌نامند.

هنگامی که چندین گونه از الگوهای یکدیگر تقلید می‌کنند. به شکارچیان احتمالی در یک منطقه خاص هشدار می دهند که با دیدن این رنگ ها، ممکن است نیش دردناکی به دنبال داشته باشد. در جاهای دیگر جهان، زنبورها از پالتی از رنگ‌های سیاه، نارنجی، قرمز، زرد و سفید برای ایجاد سیگنال هشدار مشترک استفاده می‌کنند.

اکنون، محققان در حال یافتن اطلاعات بیشتری در مورد نقش ژنتیک تکاملی در شکل‌دهی الگوهای رنگی متمایز هستند. که به گونه‌های مختلف زنبور عسل شعله‌ور می‌شوند.

ژن های دخیل در تولید رنگدانه ها

هدر هاینز، دانشیار زیست شناسی و حشره شناسی، می گوید: «در مقاله قبلی، چیزی که نتوانستیم توضیح دهیم این است که چگونه تغییر در ژن Hox به نام Abdominal-B منجر به تغییر رنگدانه هایی می شود که این زنبورها را رنگ می کنند. در این مقاله خاص، ما سعی داشتیم این شکاف را پر کنیم. و بفهمیم که چه ژن‌هایی توسط این ژن مورد هدف قرار می‌گیرند، و چه آبشاری از رویدادهایی است که در نهایت منجر به این تفاوت‌های رنگی تقلیدی می‌شود.»

محققان، که یافته‌های خود را در شماره اخیر Genome Biology and Evolution گزارش کرده‌اند. دریافتند که هدف‌گیری ژنومی یک ژن رشدی اصلی به چندین ژن ملانین اجازه می‌دهد تا به جای یک آنزیم خاص، برای تقویت این ویژگی‌های رنگی تغییر داده شوند. آنها همچنین گفتند که این مطالعه به دانش درباره ژن های دخیل در تولید رنگدانه ای به نام فئوملانین می افزاید. شناخته شده بود که این رنگدانه در رنگ قرمز مهره داران نقش دارد، اما اخیراً در حشرات یافت شد.

به گفته هاینز، کار زیادی برای درک ژنتیک تکاملی این زنبورها باقی مانده است. هاینز می‌گوید:

«با درک این ژن‌ها، اکنون این پتانسیل را داریم که به گونه‌های مختلف زنبور عسل و چگونگی تنوع آنها نگاه کنیم. «بنابراین، اینطور نیست که وقتی اینجا کارمان تمام شد، کل کار تمام شده است. با توجه به تنوع موجود در این زنبورها، با این کشف می توان کارهای بیشتری انجام داد. این فقط اولین قدم است.»

استفاده از ارگانیسم‌های مدل‌سازی

محققان تمایل دارند از ارگانیسم‌های خاصی – یا ارگانیسم‌های مدل‌سازی – هنگام بررسی ژنتیک تکاملی استفاده کنند. زیرا مطالعه آنها راحت و آسان است. این یکی از معدود مطالعاتی است که به ژن‌های رنگ‌آمیزی خارج از این ارگانیسم‌های به خوبی مطالعه شده یا غیرمدل‌ها پرداخته است. مطالعه سیستم‌های غیرمدل به محققان امکان می‌دهد تا تکامل برخی از استثنایی‌ترین تنوع‌های شکل طبیعت، مانند این تابش رنگی را درک کنند.

هاینز گفت: «این واقعاً به تحقیقات ژنتیکی غیرمدل و تکاملی می‌افزاید، که یک زمینه رو به رشد است و این زمینه نیز در حال گسترش است تا مقایسه‌ای‌تر شود». همانطور که به جلو می رویم، محققان به بررسی چگونگی تکامل ژن ها و مسیرهای ژنی در تنوع گسترده تری از گونه ها خواهند پرداخت.

تحقیقات گران قیمت محاسباتی

سارتوک رحمان، دانشجوی سابق دکترا و دانشجوی ICDS، پژوهشگر علوم زیستی دانشگاه آلاباما و اولین نویسنده این مقاله، گفت: «استفاده از قدرت محاسباتی با کارایی بالا، این نوع تحقیقات ومطالعه را قابل مدیریت‌تر و تکرارپذیرتر کرده است.

محققان برای ارائه این قدرت محاسباتی برای مطالعات بیان ژن روی زنبورها به ابررایانه Roar مؤسسه علوم محاسباتی و داده تکیه کردند.

آنها توالی یابی را در مرکز Genomics Core انجام دادند و سپس بیشتر از سرور عملیاتی برای تجزیه و تحلیل بیان ژن دیفرانسیل استفاده کردیند. رحمان میگوید : از آنجایی که این ارگانیسم غیرالگو است، ما باید از منابع ژنومی دیگر از مگس سرکه و موش‌ها نیز استفاده کنیم. برای مثال، ژن‌ها را جستجو کرده و هویت را تعیین کنیم. این تحلیل‌ها می‌توانند از نظر محاسباتی بسیار پرهزینه باشند و اگر روی یک لپ‌تاپ یا دسکتاپ روزمره انجام شوند، زمان زیادی می‌برند. به همین دلیل است که ما از امکانات ابررایانه‌ای ICDS برای این مقاله و کاغذ قبل از آن استفاده کردیم.

 

مرجع: “Transcriptomics توسعه ای یک شبکه ژنی را نشان می دهد که تنوع رنگی تقلیدی را در یک زنبور عسل ایجاد می کند” توسط Sarthok Rasique Rahman، Tatiana Terranova، Li Tian و Heather M Hines، ۲۱ آوریل ۲۰۲۱، زیست شناسی ژنوم و تکامل.
DOI: 10.1093/gbe/evab080