Έρευνα ανιχνεύει πώς τα αναπαραγωγικά όργανα των φυτών αποτελούν παράδειγμα εξελικτικής αλλαγής

Παρασκευή, Οκτωβρίου 29, 2010

Αναζήτηση Θέματος

Έρευνα επιστημόνων από το Πανεπιστήμιο του Leeds έχει αποκαλύψει ένα στιγμιότυπο εξέλιξης εν δράσει, ανιχνεύοντας πώς μια γονιδιακή μετάλλαξη πριν από 100 εκατομμύρια χρόνια οδήγησε τα άνθη των φυτών στο να δημιουργήσουν, με διαφορετικούς τρόπους, αρσενικά και θηλυκά μέρη.

Arabidopsis thaliana

Τα ευρήματα τα οποία δημοσιεύονται στην επιστημονική επιθεώρηση «Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS)» αποτελούν ένα τέλειο παράδειγμα όσον αφορά το πώς η διαφορετικότητα απορρέει από τέτοια γενετικά «λάθη» (Single amino acid change alters the ability to specify male or female organ identity).

Η μελέτη ανοίγει επίσης το δρόμο για περαιτέρω έρευνα σχετικά με το πώς τα φυτά δημιουργούν άνθη, την προέλευση των σπόρων και των φρούτων που καταναλώνουμε. Σε έναν αριθμό φυτών, το γονίδιο που σχετίζεται με τη δημιουργία αρσενικών και θηλυκών οργάνων έχει αντιγραφεί δημιουργώντας δύο, σχεδόν όμοια, αντίγραφα.

Στον «κάρδαμο των βράχων» (Arabidopsis), το ένα αντίγραφο παράγει ακόμα αρσενικά και θηλυκά μέρη, αλλά το άλλο αντίγραφο έχει αναλάβει ένα εντελώς νέο ρόλο: επιτρέπει στους σπόρους να θρυμματίζονται για να ανοίξει ο λοβός τους. Στο φυτό «σκυλάκι» (Antirrhinum), και τα δύο γονίδια εξακολουθούν να συνδέονται με τα γεννητικά όργανα, αλλά το ένα αντίγραφο δημιουργεί κυρίως θηλυκά μέρη - διατηρεί ακόμη ένα μικρό ρόλο στα αρσενικά όργανα - ενώ το άλλο αντίγραφο μπορεί να δημιουργήσει μόνο αρσενικά μέρη. «Τα σκυλάκια είναι στα πρόθυρα του διαχωρισμού των λειτουργιών για τη δημιουργία αρσενικών και θηλυκών οργάνων μεταξύ αυτών των δύο γονιδίων, μια κρίσιμη στιγμή στην εξελικτική διαδικασία», λέει ο επικεφαλής ερευνητής Καθηγητής Αναπτυξιακής Φυτολογίας, Brendan Davies, από το Τμήμα Βιολογικών Επιστημών στο Πανεπιστήμιο του Leeds.

«Περισσότερα γονίδια με διαφορετικούς ρόλους δίνουν έναν οργανισμό με προστιθέμενη πολυπλοκότητα και ανοίγουν την πόρτα για τη διαφοροποίηση και τη δημιουργία νέων ειδών». Ανιχνεύοντας το παρελθόν, μέσω των εξελικτικών δέντρων για την ανθοφορία των φυτών, οι ερευνητές υπολογίζουν πως ο διπλασιασμός των γονιδίων πραγματοποιήθηκε πριν από περίπου 120 εκατομμύρια χρόνια. Αλλά η μετάλλαξη που διαχωρίζει πώς το σκυλάκι και το κάρδαμο των βράχων χρησιμοποιούν αυτό το επιπλέον γονίδιο πρέπει να συνέβη περίπου 20 εκατομμύρια χρόνια αργότερα.

Οι ερευνητές ανακάλυψαν ότι η διαφορετική συμπεριφορά του γονιδίου σε κάθε μονάδα, σχετίζεται με ένα αμινοξύ. Αν και τα γονίδια μοιάζουν πολύ, οι πρωτεΐνες που κωδικοποιούν δεν έχουν πάντα αυτό το αμινοξύ. Όταν είναι παρόν, η δραστηριότητα της πρωτεΐνης περιορίζεται στην παραγωγή μόνο αρσενικών μερών. Όταν το αμινοξύ δεν είναι εκεί, η πρωτεΐνη είναι σε θέση να αλληλεπιδράσει με μια σειρά άλλων πρωτεϊνών που εμπλέκονται στην παραγωγή ανθέων, επιτρέποντάς της να παράγει τόσο αρσενικά όσο και θηλυκά μέρη.

«Μια μικρή μετάλλαξη στο γονίδιο ξεγελά τους κυτταρικούς μηχανισμούς και αυτή η μικρή αλλαγή έχει δημιουργήσει δραματική διαφορά στο πώς αυτά τα φυτά ελέγχουν το αναπαραγωγικά τους όργανα», λέει ο καθηγητής Davies.

Antirrhinum majus

«Αυτή είναι η λεγόμενη εξέλιξη εν δράσει. Παρόλα αυτά ακόμα δεν γνωρίζουμε αν η μετάλλαξη αυτή θα αποδειχθεί ότι οδηγεί σε αδιέξοδο ή θα αποτελέσει την αφετηρία για περαιτέρω πολύπλοκες διαδικασίες. Η έρευνά μας είναι ένα εξαιρετικό παράδειγμα για το πώς μια ατέλεια αποτελεί ευκαιρία για την εξελικτική αλλαγή. Αν ζούσαμε σε έναν τέλειο κόσμο όλα θα ήταν πολύ λιγότερο ενδιαφέροντα: χωρίς ποικιλομορφία και ευκαιρίες για τη δημιουργία νέων ειδών». Οι ερευνητές σχεδιάζουν τώρα να μελετήσουν τις πρωτεϊνικές αλληλεπιδράσεις που επιτρέπουν την παραγωγή τόσο των αρσενικών όσο και των θηλυκών μερών, στο πλαίσιο περαιτέρω έρευνας για τη γενετική βάση με την οποία τα φυτά παράγουν άνθη.

Η έρευνα συγχρηματοδοτήθηκε από το European Union Marie Curie Research Training Program και το Biotechnology and Biological Sciences Research Council.

Πηγές: sciencenews.gr , wikipedia.org