توتفرنگیهایی که امروزه در سراسر جهان کشت میشوند، داستان تکاملی پیچیدهای دارند که تا به حال در هالهای از ابهام قرار داشت. اکنون پژوهشگران با استفاده از یک روش نوآورانه مبتنی بر «مهرهای زمانی DNA» موفق شدهاند این راز دیرینه را فاش کنند. این روش جدید که در مجله Horticulture Research منتشر شده، نشان میدهد که توتفرنگی امروزی حاصل چندین رویداد باستانی ادغام ژنوم است.
چرا ژنومهای پلیپلوئید معمایی بزرگ هستند؟
بسیاری از مهمترین محصولات زراعی جهان مانند گندم، پنبه و توتفرنگی دارای ژنومهای پلیپلوئید هستند. این بدان معناست که آنها چندین مجموعه کامل از کروموزومها را از گونههای اجدادی مختلف به ارث بردهاند. اما تعیین دقیق چگونگی مونتاژ این ژنومها بسیار دشوار است، بهویژه زمانی که گونههای اجدادی اصلی منقرض شده یا هنوز شناسایی نشده باشند. روشهای سنتی اغلب به مقایسه با اجداد دیپلوئید شناختهشده وابسته هستند که همیشه در دسترس نیستند.
روش جدید: استفاده از عناصر متحرک DNA
پژوهشگران وزارت کشاورزی ایالات متحده و مؤسسات همکار، یک چارچوب بیوانفورماتیکی توسعه دادهاند که از عناصر جابهجا (ترانسپوزونها) به عنوان نشانگر تکاملی استفاده میکند. این عناصر که بخشهایی از DNA متحرک هستند، در طول زمان در الگوهای مشخصی در ژنوم گونهها تجمع مییابند و مانند یک «مهر زمانی» عمل میکنند. با محاسبه ماتریسهای شباهت بین این عناصر در سراسر کروموزومها، پژوهشگران میتوانند زیرژنومهای مجزا را شناسایی کرده و زمان رویدادهای اصلی ادغام ژنوم را تخمین بزنند.
داستان تکامل توتفرنگی در سه پرده
پژوهشگران این روش را روی توتفرنگی هشتپلوئید کشتشده (Fragaria × ananassa) اعمال کردند. آنها با استفاده از ماتریس شباهت سریالی که از رتروترانسپوزونهای تکرارشونده با انتهای بلند ساخته شده بود، توانستند ساختار زیرژنومها را روشن کنند. این چارچوب تکامل ژنوم را در سه مرحله دنبال میکند: قبل از واگرایی گونههای اجدادی، در طول تاریخچه تکاملی جداگانه آنها، و پس از ادغام ژنومها. نتایج نشان داد که توتفرنگی امروزی نه از یک، بلکه از چندین رویداد پلیپلوئیدشدن ناهمگون (آلوپلیپلوئیدی) در طول میلیونها سال شکل گرفته است. این یافتهها به حل پرسشهای دیرینه در مورد ریشههای تکاملی این میوه محبوب کمک میکند.
آزمایش روش روی سایر محصولات زراعی
تیم تحقیقاتی پیش از اعمال این تکنیک بر روی توتفرنگی، آن را بر روی محصولات پلیپلوئید ناهمگون خوب مطالعهشدهای مانند تف (نوعی ارزن) و پنبه آزمایش کردند. نتایج نشان داد که این روش با دقت بالایی زیرژنومها را شناسایی میکند و میتواند برای طیف وسیعی از گونههای زراعی به کار رود. این ابزار جدید میتواند درک ما را از تکامل محصولات پیچیده بهبود بخشد و به برنامههای اصلاح نباتات برای تولید ارقام مقاومتر و پربازدهتر کمک کند.
گام بعدی پژوهشگران اعمال این روش بر روی ژنومهای پیچیدهتر مانند گندم و جو است تا بتوانند تاریخچه کامل تکامل این غلات حیاتی را بازسازی کنند. این پیشرفت نهتنها به دانش پایهای ما از تکامل گیاهان میافزاید، بلکه میتواند راه را برای بهبود امنیت غذایی جهانی هموار کند.
