یک مطالعه گسترده روی موشها نشان داده که برخی صفات ارثی نه از طریق توالیهای DNA، بلکه از مسیر تغییرات اپیژنتیکی منتقل میشوند؛ تغییراتی که قوانین کلاسیک وراثت مندل را به چالش میکشند. محققان صدها مورد از این نشانههای شیمیایی را ردیابی کردهاند که رفتاری غیرمنتظره داشتند، از جمله مواردی که به نظر میرسید از هیچجا پدیدار شدهاند.
این پژوهش همچنین اولین نمونه طبیعی از «پاراموتاسیون» را در یک پستاندار شناسایی کرده است؛ پدیدهای که پیش از این فقط در گیاهان و حشرات دیده شده بود و حالا سرنخهای تازهای از تأثیر محیط بر وراثت ارائه میدهد.
ماجرا از چه قرار است؟
بیش از یک قرن است که زیستشناسی مدرن بر پایه اصولی که گرگور مندل از آزمایشهای نخود فرنگی خود استخراج کرد، پیش میرود. این قوانین توضیح میدهند که صفات غالب و مغلوب چطور از والدین به فرزندان منتقل میشوند. اما دانشمندان مدتهاست میدانند که توالی DNA همه چیز نیست و مکانیسمهای اپیژنتیکی — یعنی تغییرات شیمیایی که بدون تغییر در کد ژنتیکی، رفتار ژنها را عوض میکنند — هم در این میان نقش دارند.
اکنون یک تحقیق با بودجه فدرال روی موشها نشان میدهد که حدود ۷ درصد از الگوهای وراثت اپیژنتیکی بررسیشده، از قوانین مندل پیروی نمیکنند. این مطالعه همچنین اشکال نادری از وراثت را کشف کرده که قبلاً فقط در گیاهان و مگسها دیده شده بود، نه در پستانداران.
الگوهای غیرمندلی: پنجرهای سریع به تنوع زیستی
اندرو فاینبرگ، استاد برجسته دانشگاه جانز هاپکینز و همرهبر این تحقیق، میگوید: «الگوهای غیرمندلی وراثت اپیژنتیک میتواند راهی سریعتر برای کسب صفات جدید یا متنوع نسبت به تغییرات در توالی ژنومی باشد، بهویژه در پاسخ به فشارهای محیطی.»
این یافتهها در تاریخ ۲۰ می در مجله Nature Genetics منتشر شده و در یک خلاصه همراه در Nature نیز برجسته شده است. این پژوهش با حمایت مؤسسه ملی بهداشت و بنیاد ملی علوم ایالات متحده انجام شده است.
وراثت اپیژنتیکی غیرمندلی چطور کار میکند؟
در ژنتیک کلاسیک مندل، هر فرزند یک آلل (نسخه) از هر والد دریافت میکند. آللهای غالب صفت خود را نشان میدهند و آللهای مغلوب در حضور آلل غالب پنهان میشوند. اما در اثرگذاری ژنومی (genomic imprinting)، فعال بودن یک آلل به والدِ انتقالدهنده بستگی دارد، نه غالب یا مغلوب بودن آن.
در این فرآیند، یک آلل از طریق متیلاسیون DNA — فرآیندی که در آن گروههای شیمیایی حاوی کربن و هیدروژن به نواحی تنظیمکننده ژن متصل میشوند — خاموش میگردد. این نشانهها میتوانند در اسپرم یا تخمک شکل گرفته و به نسل بعد منتقل شوند.
محققان در این مطالعه، اثرگذاری ژنومی را در پنج ژن جدید شناسایی کردند. همچنین الگوهایی از وراثت اپیژنتیکی یافتند که اصلاً به هیچیک از والدین قابل نسبت دادن نبودند؛ گویی این نشانهها از ناکجا ظاهر شدهاند.
پاراموتاسیون: اولین نمونه در پستانداران
یکی از شگفتانگیزترین یافتههای این مطالعه، تشخیص اولین نمونه طبیعی از «پاراموتاسیون» در پستانداران است. پاراموتاسیون پدیدهای است که در آن یک آلل به گونهای تغییر مییابد که آلل جفت خود در کروموزوم دیگر را نیز تغییر دهد، بدون آنکه توالی DNA تغییر کند. این پدیده پیش از این فقط در ذرت و برخی حشرات مشاهده شده بود و کشف آن در موشها میتواند افقهای جدیدی را در درک وراثت اپیژنتیکی بگشاید.
برای بررسی این پدیده، دانشمندان نمونههای بافتی از سه نسل موش (۲۶ موش در نسل اول، ۳۴ عدد در نسل دوم و ۱۹ عدد در نسل سوم) را در سنین ۴ تا ۶ ماهگی تحلیل کردند. آنها بخشهای وسیعی از ژنوم را همراه با ۱۲ الگوی شناختهشده متیلاسیون DNA ارثی پایش کردند.
نقش محیط و فشارهای تکاملی
این یافتهها نشان میدهند که وراثت اپیژنتیکی غیرمندلی ممکن است بسیار رایجتر از تصورات قبلی باشد. از آنجایی که این تغییرات شیمیایی میتوانند تحت تأثیر رژیم غذایی، استرس، دما و سایر عوامل محیطی ایجاد شوند، این پژوهش سرنخهای محکمی درباره چگونگی تأثیر محیط بر تکامل از مسیری فراتر از جهشهای تصادفی DNA ارائه میدهد.
این کار توسط تیمی از پژوهشگران دانشگاه جانز هاپکینز و دانشگاه A&M تگزاس به رهبری اندرو فاینبرگ، دیوید تریدگیل و کاسپر هانسن انجام شده است.
فاینبرگ در پایان میگوید: «این الگوهای غیرمندلی نهتنها سرعت کسب صفات جدید را افزایش میدهند، بلکه میتوانند به عنوان یک مکانیسم تطبیقی سریع در برابر تغییرات محیطی عمل کنند؛ چیزی که تغییرات توالی DNA به تنهایی قادر به آن نیست.»
با این کشف، درک ما از وراثت و تکامل وارد مرحله جدیدی میشود؛ مرحلهای که در آن صفات فراتر از ژنها و با تأثیرپذیری از محیط، از نسلی به نسل دیگر منتقل میشوند.
