سیگنال ژنتیکی «شروع» باستانی در باکتریها، آرکیاها و یوکاریوتها کشف شد
عنصر پروموتر جدید «شروع»، به یک قالب تنظیمی مشترک برای کنترل آغاز رونویسی در باکتریها، آرکیاها و یوکاریوتها اشاره میکند.
DNA معمولاً بهعنوان زبان حیات توصیف میشود. تنها با چهار نوکلئوتید — A، T، G و C — ژنومها هزاران ژن را همراه با عناصر تنظیمی که زمان و روش بیان این ژنها را تعیین میکند، رمزگذاری میکنند. کشف اطلاعات نهفته در DNA نه تنها به روشن شدن منشاء حیات میانجامد، بلکه نشان میدهد موجودات چگونه به تغییرات محیطی سازگار میشوند و دانش ضروری برای زیستشناسی سنتزی و پیشبینی مسیرهای تکاملی آینده را فراهم میآورد.
بهدلیل اینکه توالیهای ژنی یک قانون دقیق و جهانی برای رمزگذاری پروتئینها را رعایت میکنند، شناسایی آنها در ژنومها نسبتاً آسان شده است. در مقابل، عناصر تنظیمی طول و ترکیب توالیهای بسیار متغیرتر هستند و تشخیص آنها کار دشوارتری است. همانطور که مدلهای قدرتمندی همچون AlphaFold توانایی ما در پیشبینی ساختار و عملکرد پروتئینها را تحول بخشیدهاند، اکنون مرز اصلی در علوم زیستی توسعهٔ ابزارهای محاسباتی است که بتوانند عناصر تنظیمی را پیشبینی و طراحی کنند.
پیشرفتهای روشهای تحقیق پروموتر
در میان عناصر تنظیمی مختلف، پروموترها بهدلیل کنترل آغاز رونویسی، که اولین گام در بیان ژن است، توجه ویژهای را جلب میکنند. برای کشف قواعد نهفته در توالیهای پروموتر، آزمایشگاه پروفسور دیوید چاو در دانشگاه ملی تایوان از روشهای با توان پردازش بالا استفاده کرد تا بیش از ۱۶ میلیون گونهٔ پروموتر را ساخت و سطوح بیان آنها را در E. coli اندازهگیری کند.
مجموعهٔ دادههای حاصل برای آموزش یک مدل محاسباتی استفاده شد و سپس تیم این مدل را برای تحلیل ژنومهای ۴۹ گونهٔ فیلوژنتیکی متمایز در دامنهٔ باکتری به کار گرفت. این پژوهش در مجلهٔ Nucleic Acids Research منتشر شده است.
یافتههای کلیدی و پیامدهای تکاملی
این رویکرد زیستشناسی سامانهای، حفظ ساختار پروموتر باکتریها را در سرتاسر دامنه نشان داد و دو نکتهٔ اصلی را آشکار کرد:
- علاوه بر عناصر شناختهشدهٔ «–35» و «–10»، پروموترهای باکتری شامل یک عنصر نوین و بهطور گستردهٔ محافظتشده هستند که نقطهٔ آغاز رونویسی را مشخص میکند. پروفسور چاو این عنصر جدید را «شروع» نامید.
- عنصر «discriminator» که بلافاصله پس از عنصر –10 قرار دارد، اختلاف توالی بارزی بین دو ردهٔ اصلی باکتریها، Terrabacteria و Gracilicutes نشان میدهد. این اختلاف بازتابی از یک تفاوت عملکردی است: بسیاری از Gracilicutes از توالیهای discriminator برای تنظیم قدرت پروموتر بر اساس نرخ رشد استفاده میکنند، در حالی که Terrabacteria از این مکانیزم تنظیمی بهره نمیبرند.
قابل توجه است که عنصر شروع جدیدی که در باکتریها شناسایی شد، شباهت زیادی به عنصر «initiator» که توسط آرکیاها و یوکاریوتها برای تعریف نقاط شروع رونویسی استفاده میشود، دارد. این شباهت بیندامنهای نشان میدهد که نیاکان عمومی نهایی ممکن است پیش از این از ساختار پروموتری شبیه به ساختاری که امروز مشاهده میکنیم، بهرهبرداری میکرده باشد و سرنخهای جدیدی دربارهٔ منشاء باستانی تنظیم ژنها بر روی زمین ارائه میدهد.
«این نتایج درک ما از تکامل پروموترها را بازتعریف میکنند و پایهای برای مهندسی و شناسایی محاسباتی عناصر تنظیمی در ژنومهای متنوع باکتریها میگذارند»، گفت پروفسور چاو.
اطلاعات بیشتر: Syue‑Ting Kuo و همکاران، «آشکارسازی عنصر شروع و جدایی تنظیمی پروموترهای هستهای در سراسر دامنه باکتری»، Nucleic Acids Research (2025). DOI: 10.1093/nar/gkaf1310
اطلاعات مجله: Nucleic Acids Research
ارائهشده توسط دانشگاه ملی تایوان
منبع: سیگنال ژنتیکی «شروع» باستانی در باکتریها، آرکیاها و یوکاریوتها (2025، 15 دسامبر) بازیابی شده در 26 دسامبر 2025 از https://phys.org/news/2025-12-ancient-genetic-bacteria-archaea-eukaryotes.html
این سند تحت حقوق مؤلف قرار دارد. بهجز هر گونه استفاده منصفانه برای مطالعه یا پژوهش خصوصی، هیچ بخشی بدون اجازهنویسۀ کتبی قابل تکثیر نیست. محتوا تنها برای مقاصد اطلاعاتی ارائه میشود.