Arabidopsis Genomundaki Büyük Boşluk Dolduruldu

Salk Enstitüsü, Cambridge Üniversitesi ve Johns Hopkins Üniversitesi’nden bilim insanlarının ortaklaşa yaptıkları çalışmada, bir model organizma türü olan Arabidopsis thaliana’nın genomunda daha önce hiç elde edilmemiş bir ayrıntı keşfedildi. 12 Kasım 2021’de Science’da yayınlanan çalışma da, Arabidopsis bitkisinin kromozomlarında sentromer adı verilen bölgelerin sırları ortaya koyuldu. Bulgular, sentromerlerin evrimine ışık tutarken; genetik alanında ki bilinmeyenler hakkında da fikir veriyor.

Bitki Moleküler ve Hücresel Biyoloji Laboratuvarı’nda araştırma profesörü olan Todd Michael, ” 20 yıldan biraz daha uzun bir süre önce Arabidopsis bitkisinin genomu sekanslandı. Bu organizmanın sekansı; model organizma türlerinden, ekinlere kadar şaşırtıcı ilerlemelerde bizlere yol açtı ve aslında bu sebepten ötürü çeşitli çalışmalarda kullanılabildiği için altın bir değere sahipken, standart bir model halini almasıyla da genel bir bitki genomu olarak kabul edildi. Fakat yaptığımız bu çalışma ile genomun son, eksik parçalarını çözdük ve bu sayede gelecekte iklim değişikliğine yönelik geliştirilen bitki tasarım çalışmaları için kritik bir öneme sahip olan kromozom mimarisi ve evrimi üzerine heyecan verici araştırmaların önünü açtık.” Diyor.

Arabidopsis thaliana , kısa üretim süresi, küçük boyutu, büyüme kolaylığı ve kendi kendine tozlaşma(kendileşme) özelliği ile verimli tohum üretimine sahip bir bitki olduğu için model bitki olarak benimsenmiştir. Hızlı yaşam döngüsü ve küçük genomu ise onu genetik araştırmalarda ilgi çekici kılarken, çeşitli konularda dikkat çekici özellikleri destekleyen anahtar genlerin haritalanmasında kullanılan oldukça uygun bir organizma haline geldi. Arabidopsis thaliana  çok sayıda keşfin yolunu açtı ve 2000 yılında genetik sekansı yapılan ilk bitki oldu. O zaman ki 1.nesil sekans teknolojisi; genlerin çoğunun bulunduğu kromozom kollarının dizilenmesi için mükemmel ve standart bir teknolojiydi, ancak sentromerler, telomerler ve ribozomal DNA olarak bilinen oldukça tekrarlayan ve karmaşık dizileri içeren bu bölgeler yapılan sekansların dışında kalıyordu. Ancak günümüzde, dizileme teknolojilerindeki ilerlemeler sayesinde, bu zorlu bölgeler ilk kez bir araya getirildi.

Yapılan bu çalışma, Arabidopsis thaliana sentromerlerinin 3.nesil sekans teknolojisi ile dizilendiği ve elde edilen dizilerin birleştirilmesinin başarıyla gerçekleştiği ilk çalışmadır. Bu model bitkinin genomu ilk kez 2000 yılında sekanslanmıştır, 3.nesil sekans teknolojilerinin gelişmesi ve araştırmacıların 100-200 nükleotit parçası yerine 100.000’den fazla nükleotit parçasını dizileyebilmesine olanak sağlayan bu teknoloji sayesinde bahsettiğimiz çalışma yapılabilmiştir. Bu sekans verilerini; dizileri bir araya getiren algoritmik teknolojinin gelişmeleriyle birleştiğinizde, “genomik yapbozun” artık tamamlanabilir olduğunu söyleyebiliriz.

Johns Hopkins Üniversitesinden ve çalışmanın ortak yazarı olan Profesör Mike Schatz, “Sentromerlere ait genomun analiz edilmesi oldukça ilginç çünkü bu bölgeler dizilenmesi en zor olan kromozom bölgelerinden biri ve aslında tamamlayamadığımız “sonsuz mavi gökyüzü” yapbozunun içindeki eksik parçalar gibidir. Neyse ki, genomların birleştirilmesi için gereken hesaplama yöntemlerindeki ilerlemelerle bu sekans verileri eşleştirilebilmiş ve artık sentromerin genetik yapısı gibi en zorlu diziler bile doğru bir şekilde genoma eklenebiliyor.” Diyor.

Yıllardır araştırmacılar, sentromerik DNA’nın hücre bölünmesi sırasında işini yapacak kadar kararlı kalırken; nasıl ve neden olağanüstü bir hızla evrimleşebildiğini anlamaya çalışıyor. Sentromerler, hücre bölünmesinde ki rollerini koruyabiliyorken, genomun en hızlı evrimleşen kısmı; bu bilgilere göre sentromerler büyük bir paradoks. Bilindiği üzere sentromerik bölgelerin aksine, mRNA’dan protein üretiminden sorumulu ribozomlar gibi oldukça korunmuş rollere sahip olan diğer eski genomik bölgeler çok yavaş bir evrimleşme eğilimine sahiptir.  Arabidopsis sentromerlerinin genetik ve epigenetik topografyasını ortaya koyan bu çalışma, bu paradoksun anlaşılması için bizleri bir adım daha ileriye götürüyor.

Çalışmanın bir parçası olarak, derlenmiş sentromer haritaları, sentromerde bulunan “tekrar ekosistemi(sürekli tekrar dizileri)” hakkında yeni bilgiler sağlamaktadır. Çıkarılan epigenetik haritalar, bu canlıların nasıl geliştiklerini ve sentromerlerin tekrar dizilerinin, kromatin mimarisini nasıl etkilediğini ortaya koyuyor. Aslında bilim insanları elde edilen bu haritalarla; sentromerlerin nasıl ve neden bu kadar hızlı evrimleştiğini anlamak istiyor.

Cambridge Üniversitesi Bitki Bilimleri Bölümü’nden ve çalışmada yardımcı yazar olan Profesör Ian Henderson, “Sentromerleri ilk kez dizileyebilmek ve bunu onların olağandışı evrim biçimlerini anlayabilmek için kullanabilecek olmamız harika.” Diyor.

İlerleyen yıllarda bilim insanları bu yapılan çalışmanın öncülüğünde, çeşitli Arabidopsis türünde ve nihayetinde çeşitli bitki türünde daha geniş çapta sentromerik haritalandırmalar yapabilir.

Kaynak: sciencedaily.com