دكتورة تستخدم النباتات المزهرة لاستكشاف الميراث اللاجيني

تؤدي الجينات، التي تنتقل من جيل إلى جيل، دورًا مهمًا في تحديد سمات كل كائن حي. وفي العقود الأخيرة، اكتشف العلماء أن طبقة أخرى من السيطرة، والمعروفة باسم “علم التخلق” لها أهمية حاسمة في تشكيل تلك الخصائص.

وغالبًا ما تعمل هذه الضوابط المضافة من خلال التعديلات الكيميائية للجينات أو أقسام أخرى من الحمض النووي، والتي تؤثر في مدى سهولة التعبير عن هذه الجينات بواسطة الخلية. وتتشابه العديد من هذه التعديلات بين الأنواع؛ ما يسمح للعلماء باستخدام النباتات كنموذج تجريبي للكشف عن كيفية عمل العمليات اللا جينية.

تقول “ماري جيرينج”؛ أستاذة مساعدة في علم الأحياء وعضو في معهد “وايتهيد بمعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا”: “تم اكتشاف العديد من الظواهر اللا جينية التي نعرف عنها لأول مرة في النباتات، ومن حيث فهم الآليات الجزيئية، فإن العمل على النباتات قادنا أيضًا للبحوث الطبية الحيوية”.

وكشفت دراسات “جيرينج” حول نبات الأزهار الصغيرة عن العديد من الآليات التي تكمن وراء التحكم اللا جيني؛ حيث تلقي الضوء على الكيفية التي يمكن بها تمرير هذه التعديلات من جيل إلى آخر.

وأضافت: نحاول أن نفهم كيف يتم استخدام المعلومات اللا جينية أثناء نمو النبات وتطوره، والنظر في ديناميات المعلومات اللا جينية من خلال التطوير خلال جيل واحد، وعلى مقياس زمني تطوري”.

وأصبحت “جيرينج “، التي نشأت في منطقة ريفية في شمال ميشيغان، مهتمة ببيولوجيا النبات كطالب في “كلية وليامز”، وحصلت على فصل دراسي في نمو النبات وتطويره وانتهى بها المطاف في مختبر الأستاذ الذي قام بتدريس الدورة، وهناك، درست كيف يتأثر النبات بالهرمونات التي تسمى “أوكسين”.

بعد التخرج، ذهبت “جيرينج” للعمل في شركة استشارية بيئية بالقرب من واشنطن، لكنها سرعان ما قررت أنها تريد الذهاب إلى مدرسة الدراسات العليا لمواصلة دراسة علم الأحياء النباتية، والتحقت بجامعة كاليفورنيا في بيركلي؛ حيث انضمت إلى مختبر كان يدرس كيف تؤثر الطفرات الوراثية المختلفة في تطور البذور.

كان هذا المختبر بقيادة “روبرت فيشر”؛ وكان واحدًا من أوائل مكتشفي ظاهرة جينية تسمى “بصمة الجينات” في النباتات. تحدث “بصمة الجينات” عندما يعبر الكائن الحي عن الصيغة الأم أو الأب لجين معين، وشوهدت هذه الظاهرة في النباتات المزهرة والثدييات.

كانت مهمة “جيرينج” محاولة معرفة الآلية الكامنة وراء هذه الظاهرة، مع التركيز على جين معين. ووجدت أن هذا النوع من البصمة يتحقق من خلال نزع الميثيل الحمض النووي، وهو عملية لإزالة التعديلات الكيميائية من النسخة الأم للجينة وتشغيلها بشكل فعال.

وبعد حصولها على الدكتوراه في عام 2005، عملت في مركز فريد “هتشينسون لأبحاث السرطان” في مختبر ستيفن هينكوف. هناك، بدأت في إجراء دراسات أكبر على نطاق الجينوم يمكنها من خلالها فحص العلامات اللاجينية للعديد من الجينات في وقت واحد.

خلال ذلك الوقت، بدأت “جيرينج” دراسة بعض الموضوعات التي تواصل البحث عنها الآن؛ بما في ذلك تنظيم الإنزيمات التي تتحكم في مثيلة الحمض النووي، وكذلك تنظيم “العناصر القابلة للاستبدال”. وتُعرف ظاهرة تسلسل الحمض النووي المعروفة أيضًا باسم “جينات القفز”، بتغيير موقعها داخل الجينوم، وأحيانًا لتشجيع تعبيرها على حساب الكائن الحي. تستخدم الخلايا غالبًا الميثيل لإسكات هذه الجينات إذا كانت تولد طفرات ضارة.

وبعد مرحلة ما بعد الدكتوراه، انجذبت “جيرينج” إلى “معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا” من خلال “مدى عاطفة الناس حول ما يعملون عليه سواء كان ذلك في علم الأحياء أو موضوع آخر”.

ويركز مختبرها الآن بشكل أساسي على أسئلة، مثل كيفية مساهمة الآباء والأمهات في الإنجاب، وكيف يمكن أن تؤدي اهتماماتهم المختلفة إلى تعارضات جينية؟ وتعد عملية طباعة الجينات إحدى الطرق التي يتم بها حل هذا الصراع. واكتشفت أيضًا أن جزيئات الحمض النووي الريبي الصغيرة غير المشفرة تلعب دورًا مهمًا في البصمة والجوانب الأخرى للميراث من خلال توجيه التعديلات اللاجينية، مثل ميثلة الحمض النووي.

وأوضحت: “الشيء الوحيد الذي وجدناه هو أن مسار الحمض النووي الريبي غير المشفر هذا يبدو أنه يتحكم في جرعة النسخ من البذور، أي كم من النسخ من الجينوم المورث في الأم وعدد من الجينوم الموروث من الأب. وليس فقط للجينات المطبوعة، ولكن أيضًا على نطاق أوسع للجينات التي لم يتم طباعتها”.

وحددت أيضًا دائرة جينية تتحكم في إنزيم مطلوب للمساعدة في نقل أنماط مثيلة الحمض النووي من الأب إلى ذرية. عندما تتعطل هذه الدائرة، تتغير حالة المثيلة ويمكن أن تظهر سمات غير عادية. في إحدى الحالات، وجدت “جيرينج” أن أوراق النباتات تصبح كرة لولبية بعد بضعة أجيال من مثيلة تعطلت. وتحتاج هذه الدائرة الوراثية إلى الحفاظ على أنماط مثيلة مستقرة. إذا لم تقم بذلك، فما تبدأ رؤيته هو أن النباتات تطور بعض الأنماط الظاهرية التي تزداد سوءًا على مر الأجيال.

إن العديد من الظواهر اللا جينية التي تدرسها “جيرينج” في النباتات تشبه تلك الظاهرة في الحيوانات، بما في ذلك البشر. وبسبب هذه التشابهات، قدمت البيولوجيا النباتية مساهمات كبيرة في فهم العلماء لعلم التخلق. تم اكتشاف ظاهرة “البصمة اللا جينية” لأول مرة في النباتات، في سبعينيات القرن الماضي، كما تم العثور على العديد من الظواهر الجينية الأخرى التي شوهدت لأول مرة في النباتات والثدييات، على الرغم من أن التفاصيل الجزيئية تختلف في كثير من الأحيان.

المصدر: MIT News: Mary Gehring: Using flowering plants to explore epigenetic inheritance

بعد قراءة الموضوع يمكنك معرفة المزيد عن الكلمات الآتية: