Texas A&M Üniversitesi Ekosistem Bilimleri bölümü araştırmacıları çam ağacı, köknar ve diğer kozalaklı ağaçlarda bulunan bir grup DNA diziliminin, bu ağaçların 340 milyon yıl önce yaşamış olan ortak atasına böceklerden aktarıldığını keşfetti. Çalışmanın ayrıntılarının derlendiği makale Genome Biology and Evolution dergisinde yayımlandı.
Çalışmayı doktora öğrencisi Xuan Lin ve Dr.Nurul Faridi ile birlikte gerçekleştiren Dr.Claudio Casola, kozalaklı ağaçların çok büyük olan genomlarını oluşturan bazı parçaları anlamaya yeni başladıklarını belirtiyor. “Bu DNA dizilimlerine ‘orman perileri’ (İng. Dryads) adını verdik. Yunan mitolojisinde ağaçlarda yaşayan perilere bu ad verilir. Orman perileri, DNA yinelemeleri olarak bilinen çok sayıdaki DNA dizilim gruplarından biri,” şeklinde açıklıyor Casola.
Orman Perileri Genomdan Genoma Konuyor
Yeri değişebilen elemanlar (transpozon adı da verilen ve genom içinde hareket edebilen DNA bölümleri) olan DNA yinelemeleri, özellikle kendilerinin yeni kopyalarını yapmakta iyidirler. Sonuç olarak, kozalaklılar ve başka bitkiler de dahil olmak üzere bazı türlerde genomun yarıdan fazlasını oluşturabilirler. “Başka bitkiler üzerinde yapılan araştırmalardan biliyoruz ki, yeri değişebilen elemanlar genlerin hem etkinliğini, hem de yapısını etkiliyor. Dolayısıyla bazı üzüm türlerinin renginden, domateslerin ovalliğine kadar kimi özelliklerin biçimlenmesinde rol oynuyorlar,” diyor Casola.
Yeri değişebilen elemanlar kozalaklı ağaçların DNA’sının büyük bölümünü oluşturduğundan, bu elemanların ne olduklarının ve ağaç genleri ile ağaç fenotipik özelliklerini nasıl etkilediklerinin daha iyi anlaşılması çok önemli. Casola şöyle anlatıyor: “Yeri değişebilen elemanları ‘genomik parazitler’ olarak düşünebilirsiniz. Virüslerin insandan insana yayılması gibi, bu elemanlar da yeni genomlara bulaşır. Fakat grip ve diğer viral hastalıklardan farklı olarak, bu ‘genomik enfeksiyonlar’ nadiren gerçekleşir. Bir kez olduğunda ise milyonlarca yıl dayanabilirler.”
Retrovirüslerin Atası Transpozonlardı
Transpozonlardan bazılarının bazı virüslerle olan benzerliği hiç de yüzeysel ve öylesine yapılmış bir benzetme değil. Örneğin HIV virüsünün de içinde bulunduğu bir grup olan retrovirüsler uzun zaman önce yeri değişebilen elemanlardan evrimleşti. Öte yandan içten büyüyen (endojen, ) retrovirüsler olarak bilinen çok sayıda yeri değişebilen eleman, bir zamanlar primatları ve diğer memelileri enfekte etmiş retrovirüslerin ‘DNA fosilleri’ni temsil ediyor.
“Bizim genomumuzun içten büyüyen retrovirüslerden oluşan bölümü %8’den az değil. Retrovirüsler, içten büyüyen retrovirüsler (ERV) ve diğer DNA yinelemeleri (örneğin Penelope benzeri dizilimler1,2) kendilerinin yeni kopyalarını yapmak için benzersiz bir yöntemi paylaşıyor,” diyor Casola. Bu işlem sırasında tek bir DNA yinelemesi, çok sayıda RNA molekülü yapmak için kalıp görevi görüyor. Bu RNA’ların daha sonra DNA kopyalarına geri dönüştürülmesi ile ev sahibi genoma dikilmiş gibi oluyorlar.
RNA’lardan yeni DNA kopyalarının üretilmesine retropozisyon (geri konumlanma) adı verildiği için, bu mekanizma ile çoğaltılan yeri değişebilen elemanlara ‘retroelemanlar’ (geri elemanlar) denir. Retroelemanların DNA’larındaki bazı belli özelliklere bakarak, onları farklı aileler ve alt aileler olarak sınıflandırmak mümkündür.
Orman Perileri Hayvanlar Aleminden Bitkiler Alemine Geçiş Yapabiliyor
“Orman perileri, daha geniş olan Penelope benzeri retroelemanlar ailesi içinde kozalaklı ağaçlara özgü bir alt aileyi temsil ediyor. Makalemizin başlığını o nedenle ‘Penelope benzeri retroelemanların eklembacaklılardan kozalaklılara âlemlerarası yatay geçişi’ koyduk. Biz orman perilerini tanımlamadan önce, Penelope benzeri retroelemanlar sadece hayvanlarda biliniyordu,” diyor Casola.
“Orman perilerinin, uzun zaman önce bir biçimde kozalaklıların genomlarına giren Penelope benzeri retroelemanlardan türemiş olabileceğini düşündük. Bunu doğrulamak için, hayvan veya kozalaklı olmayan 1.029 türün genom dizilimlerini bilgisayarda analiz ettik. Bu başka tür canlıların bazıları Penelope benzeri retroelemanları içeriyor gibi görünüyordu; ancak DNA dizilimlerinin ayrıntılı bir incelemesini yapınca, bunların ya hayvanlardan ya da kozalaklılardan bulaşan DNA’dan ileri geldiği sonucuna vardık,” diye ekliyor Casola. Ayrıca orman perilerinin yapay (İng. artifact) olmadıklarını ve böceklerdeki Penelope benzeri retroelemanlardan türemelerinin muhtemel olduğunu göstermek için daha başka pek çok analiz yaptıklarını da belirtiyor.
Ekipten Dr. Faridi, genom analizinde kullandıkları tekniklerden birinin “fluoresan in situ hibritleştirme/melezleme” (İng. fluorescence in situ hybridization – FISH) olduğunu ve böylece Kuzey Carolina Çamı (Lat. Pinus taeda) kromozomları üzerindeki orman perisi DNA dizilimlerinin konumlarını görselleştirebildiklerini söylüyor.
Orman Perisi Kozalaklıları Nasıl Etkiledi?
Diğer laboratuvar deneyleri de kozalaklılara yakın akraba olan diğer bitkilerde (sikad ve ginkgo vb.) orman perilerine rastlanmadığını ortaya koydu. “Bu durum, orman perilerinin ortaya çıkış zamanı olarak, kozalaklıların atasının diğer bitkilerden ayrılması ile modern kozalaklı gruplarının yayılımı (340 milyon yıl önce olduğu biliniyor) arasındaki bir tarih olduğunu belirlememize yardımcı oldu,” diyor Casola. Orman perisi işgalinin, kozalaklı evrimi üzerindeki sonuçlarının ise henüz açıklığa kavuşmadığını ekliyor.
DNA bir genomda orman perisi çoğalması gibi yinelendiğinde, kromozomların yapısı değişebilir ve genlerin etkinliği farklılaşabilir. Bunun organizma için olumsuz sonuçlar doğurma olasılığı bulunur. Bu nedenle çoğu tür, DNA yinelemelerinin çoğalmasını yavaşlatıcı genetik mekanizmalar geliştirmiştir. Ama yeni bir ev sahibi genoma sıçradıklarında, bu savunma mekanizmaları henüz yoktur ve yeni bir çoğalma çevrimi ortaya çıkar.
Bu olay büyük olasılıkla orman perilerinde de olmuştur. Geçtiğimiz 340 milyon yıl boyunca yüzbinlerce yeni kopya üretmekle beraber, şimdilerde nispeten etkinlikleri düşüktür; en azından Kuzey Carolina çamında durum bu. Ekip çalışmalarını sürdürerek, konuya ilişkin daha fazla yanıt bulmayı umuyor.
