ویژگی‌های پیچیده جدید، مانند لکه‌های چشم، از شبکه‌های ژنی تکامل می‌یابند که قبلاً ویژگی‌های پیچیده را در بدن الگوبرداری می‌کنند.
این مطالعه جدید به این موضوع می‌پردازد که چگونه صفات پیچیده جدید ممکن است منشاء بگیرند. این صفات پیچیده برای رشد خود به ورودی بسیاری از ژن‌های متقابل نیاز دارند و اغلب توسط چشم مهره‌داران یا باکتری تاژک نشان داده می‌شوند. در مطالعه خود، به چگونگی پیدایش نقاط چشمی پروانه ها – نمونه ای از یک ویژگی پیچیده – نگاه کردیم و به این نتیجه رسیدیم که یک رویکرد استخدام شبکه ای توسط پروانه ها برای ایجاد نقاط چشمی اتخاذ شده است. ما همچنین شبکه خاصی از ژن‌ها را شناسایی کرده‌ایم که احتمالاً به‌کار گرفته شده‌اند.»
این یافته ها ابتدا در مجله Proceedings of the National Academy of Sciences of USA منتشر شد.
معمای چگونگی ساخت موجودات
درک استخدام شبکه ژنی را می توان با تصور یک برنامه کامپیوتری پیچیده با هزاران خط کد، که هر خط نشان دهنده یک دستورالعمل یا عملکرد ساده است، نزدیک شد. درون کد بلوک‌هایی از متن وجود دارد که کمی دورتر از حاشیه قرار گرفته‌اند و زیر روال‌ها را نشان می‌دهند. این زیر روال ها، یا مجموعه ای از دستورالعمل ها که وظایف خاصی را انجام می دهند، یک بار در کد نوشته می شوند، اما برنامه در حین اجرا به طور مکرر به آنها اشاره می کند. برای اینکه این اتفاق بیفتد، هر زیربرنامه باید یک نام منحصر به فرد داده شود و در کد بعدی به آن اشاره شود. یک بیت پیچیده کد اغلب شامل بسیاری از برنامه های فرعی است که هر زیربرنامه منحصر به فرد فقط یک بار به طور کامل نوشته می شود.
به نظر می رسد که همان منطق زیرمجموعه در مورد نحوه رمزگذاری فرآیند رشد در DNA یک موجود صادق است. در این حالت، زیربرنامه شبکه تنظیم کننده ژن نامیده می شود. یک شبکه تنظیم کننده ژن زنجیره ای از دستورالعمل ها است که شامل رونویسی یا خاموش کردن چندین ژن در یک توالی زمانی است. ارگانیسم ها از طریق استقرار بسیاری از این شبکه های تنظیم کننده ژن، در یک توالی دقیق، در طول توسعه ساخته می شوند. مطالعه جدید توسط تیم NUS کشف کرد که توسعه نقاط چشمی روی بال‌های پروانه‌ها به استقرار یک شبکه تنظیم‌کننده ژنی از قبل موجود است که قبلاً برای ساخت آنتن‌ها، پاها و بال‌های آن پروانه‌ها استفاده می‌شد.
وجود این زیربرنامه‌ها قبلاً فرض شده بود، عمدتاً به این دلیل که همان ژن‌ها به‌عنوان بیان و مرتبط با رشد صفات جدید کشف می‌شدند. با این حال، مشخص نیست که آیا بیان این ژن‌ها در صفت جدید، خطوط جدیدی از کد ژنومی را نشان می‌دهد که هر کدام خواستار بیان یک ژن از قبل موجود هستند، یا خطوط کد از قبل موجود یک بار دیگر خوانده می‌شوند، شبیه به یک برنامه فرعی. در یک برنامه کامپیوتری
کشف نقش جذب شبکه ژنی در صفات جدید
برای پی بردن به این موضوع، دکتر هایدی کوناهس، دانشجوی دکترا، دکتر هایدی کونا و دانشجوی دکترا، آقای سوریا موروگسان، توالی‌های تنظیم‌کننده DNA منحصربه‌فرد را در ژنوم حذف کردند، اما نه خود ژن‌ها، و نشان دادند که چندین صفت تحت تأثیر این جهش‌ها قرار گرفته‌اند. این استدلال برای یک شبکه تنظیم کننده ژن واحد یا زیرروال است که زمینه ساز توسعه همه صفات است. دو قطعه DNA که مورد هدف قرار گرفتند سوئیچ های تنظیمی در کنار ژن های Distal-less و Spalt بودند . توسعه نقاط چشم، آنتن‌ها، پاها و بال‌ها زمانی که این نواحی از حدود 390 تا 700 جفت پایه مختل شدند، مختل شدند. Connahs گفت: “مشاهده اینکه چگونه این ویژگی های پیچیده مهم تحت تأثیر همان تغییرات در DNA قرار گرفتند شگفت انگیز بود.”
Murugesan همچنین قطعات بافتی را که لکه‌های چشمی روی بال‌ها ایجاد می‌کنند توالی‌یابی کرد و مجموعه کامل ژن‌های بیان‌شده را با ژن‌های بیان‌شده در سایر صفات مقایسه کرد. Murugesan گفت: «نقاط چشمی نزدیک‌ترین نمایه بیان ژن را با آنتن‌ها به اشتراک می‌گذارند، اما نه با پاها یا بافت‌های دیگر بال، مانند حاشیه بال». دکتر یوجی ماتوسوکا، همکار فوق دکترای NUS، سپس سه ژن بیان شده در هر دو نقطه چشم و آنتن را مورد بررسی قرار داد و نشان داد که اتصالات تنظیمی بین آنها یکسان است و یک ژن در تنظیم دو ژن دیگر مهم است. ماتوسوکا گفت: «وقتی تکه‌ای از سلول‌ها را در ناحیه لکه چشم بدون بیان ژن اول یافتم، متوجه شدم که بیان دو ژن دیگر نیز وجود ندارد.
مونتیرو گفت: «این آزمایش‌ها متکی به کشف جهش‌هایی بود که دقیقاً به سلول‌های مرکزی لکه چشم پس از تزریق جنینی برخورد می‌کرد که به صبر زیادی نیاز داشت.»
به طور کلی، این مطالعه نشان داد که تکامل صفات پیچیده جدید، مانند لکه‌های چشمی پروانه‌ها، از طریق جهش‌هایی در کد ژنتیکی انجام می‌شود که یک زیربرنامه از قبل موجود در ژنوم را به یاد می‌آورد که قبلاً برای سایر صفات پیچیده مانند آنتن‌ها و سایر اندام‌ها استفاده می‌شد. انواع جهش‌هایی که باعث ایجاد این جابجایی‌های شبکه‌های ژنی از پیش موجود می‌شوند هنوز کشف نشده‌اند، اما پیش‌بینی می‌شود که این جهش‌ها جهش‌های معمولی باشند که به طور تصادفی منجر به فراخوانی روال‌های فرعی ژنومی از پیش موجود بزرگی می‌شوند که صدها مورد را شامل می‌شود. ژن ها
گام بعدی در این تحقیق، آزمایش بیشتر این است که آیا توالی‌های تنظیمی مربوطه از این دو ژن از گونه‌های پروانه بدون لکه‌های چشمی قادر به فعال کردن بیان ژن در ناحیه لکه چشمی در گونه‌های دارای لکه‌های چشمی هستند یا خیر. مونتیرو می‌گوید: «این می‌تواند بر روی کیک باشد، زیرا بیشتر تأیید می‌کند که یک توالی ژنتیکی از یک زیربرنامه قدیمی به آن مکان جدید در بدن در گونه‌های دارای جهش یادآوری یادآوری می‌شود.»
– این بیانیه مطبوعاتی در ابتدا در وب سایت دانشگاه ملی سنگاپور منتشر شد