Mendel’in Modern Genetiğe Bıraktığı Miras

Not: Aşağıdaki yazı ve yorumlar Plos Biology’nin Mendel’in doğumunun 200. yılı için hazırladığı koleksiyondan alınmıştır ve “Google Translate” ile çevrilmiştir. Yazıların detaylı bir düzeltmesi yapılmamıştır. Bu nedenle okuyucu şüphe duyduğu bazı ifadeler için orijinal yazı ve yorumlara başvurmalıdır.

Mendel’in modern genetikteki mirası

2022, “genetiğin kurucusu” olarak kabul edilen Johann Gregor Mendel‘in doğumunun 200. yıl dönümü. PLOS Biology, Mendel’in çığır açan çalışmasının mirasının ve etkisinin bilincinde olarak, “Modern genetikte Mendel’in mirası” teması altında bir makale koleksiyonuuna imza attı. Koleksiyon, Mendel’in orijinal araştırmasına bakan ve genetik konusundaki modern görüşlere ne kadar iyi dayandığını ve alanı nasıl etkilediğini inceleyen genetik alanındaki uzmanların görüşlerinden yararlandı.

Biyoloji alanı hem genetik materyale hem de onu inceleyenlere çok şey borçludur. Küçük bakterilerden devasa dev sekoyalara kadar, genetik materyal tüm yaşam formlarında bulunan ortak bir ipliktir (zincir) ve hatta virüsler gibi bulaşıcı ajanlarda ve transpoze olabilir (transpozon) elementlerde bulunur. Bu nedenle, kendi başına bir çalışma alanı olmasına rağmen, genetik, biyolojinin her dalının temelini oluşturur ve araştırma sorularının çoğunun önemli bir bölümünü oluşturur.

20 Temmuz 2022, genetiğin kurucusu olarak kabul edilen bilim adamı-keşiş J. Gregor Mendel’in doğumunun 200. yıl dönümü. Onun bezelye bitkilerini seçici olarak yetiştirme ve her nesile farklı özelliklerin nasıl aktarıldığını gözlemleme deneyleri, kalıtımı yöneten ilkelere ilişkin mevcut anlayışımızın yolunu açtı. Çalışmaları, genetik olarak kalıtsal hastalıklar için anne karnında yapılan testlerden, verimi veya besin içeriğini artırmak için genetik mühendislik ürünlerine kadar, genetik araştırmaların günümüzdeki uygulamalarını etkilemiştir. Ayrıca, veri toplama ve kaydetme konusundaki titiz yaklaşımı, uygulamadaki bilimsel yöntemin bir ders kitabı örneği olarak biyoloji öğrencilerine sunulmaktadır.

PLOS Biology , Mendel’in çığır açan çalışmasının mirasını ve etkisini dikkate alarak, ‘Modern genetikte Mendel’in mirası‘ konulu özel bir makale koleksiyonu hazırladı. Koleksiyonda, genetik alanında çalışan uzmanlardan, Mendel’in çalışmalarının onların ilgi alanlarını nasıl şekillendirdiğine dair Perspektif makaleleri bulacaksınız ve ayrıca bir bilim adamı olarak Mendel’in yaşamının ve çalışmalarının kendi sözleri anlatıldığı bölümler var. Koleksiyon ayrıca modern genetik araştırmalarının farklı yönlerini ve uygulamalarını araştıran Denemeler içermektedir. Bencil genetik unsurların daha iyi anlaşılıp anlaşılmadığı, Mendel kalıtımı ilkelerine uymayan embriyolar ve neden bu kadar çok insan embriyosunun yanlış sayıda kromozoma sahip olduğunu ve gelişemediğini açıklanmaktadır.

200 yıl önce dünyaya gelen Johann Gregor Mendel’in çiftçi olması gerekiyordu, öğretmen olması gerekiyordu, rahip oldu, araştırmacı oldu ve daha sonra genetik ile ilgili dünyaca ünlü bir bilim adamı oldu. Burada onun hayatına kendi sözleriyle bakıyoruz.

KÇE

Şekil 1. Gregor Mendel: öğretmen ve bilim adamı.

“Doğa bilimleri alanına olan özel sevgisi, onu tanıma fırsatı buldukça daha da derinleşti”

1822’de doğan Johann Mendel öğretmen olmak istiyordu ( Şekil 1A). Mendel, Troppau’daki Gymnasium çalışmaları sırasında (1834-1840) öğretmen adayları ve özel öğretmenler için bir kursa katıldı ve 16 yaşında, en iyi sonuçlar ve tavsiyelerle sertifikasını aldı. Olmütz’deki Felsefe Enstitüsü’nde ek çalışmalar yaptı ve babasının sağlığının kötü olmasından kaynaklanan ekonomik sorunlar nedeniyle ortaya çıkan aksiliklere rağmen mükemmel sonuçlarla başardı.

Mendel, yaşamının kısa bir kesitinde, Olmütz/Olomouc’taki felsefi çalışmaları sırasında katlandığı sefil koşulların, Brünn/Brno’daki manastıra girmesinde etkili olduğunu itiraf eder. Böylece 1843’te öğretmen olmak isteyen 21 yaşındaki Johann, rahip olan Gregor’a dönüştü. Mendel göreve başladı ancak böyle bir rol için uygun olmadığı açıktı. Mendel’e bir çıkış yolu olarak, Znaim/Znojmo’da vekil öğretmen olarak bir pozisyon teklif edildi ve bunu coşkuyla kabul etti. Daha fazla öğretim için gerekli öğretmenlik sertifikasını almak ve araştırma arzusunu yerine getirmek için Mendel, Viyana, Avusturya’daki sınavlara başvurdu.

Sınavı geçmek için yaptığı 2 girişimi başarılı olmamasına rağmen, Mendel kendini işine adamış bir öğretmen olarak kaldı ve hatta matematik, doğa bilimleri ve teknik konuların beşeri bilimlerle dengesine katkısı ve öğrencilerini cesaretlendirmesi nedeniyle birçok resmi teşekkür aldı. Mendel, Brno’da yeni kurulan modern Realschule’de birçok seçkin şahsiyeti bir araya getirerek ders vermekten keyif aldı. Realschule, Tarım Derneği’nin güçlü bilimsel yönelimli bir evlat örgütü olan Naturforschender Verein’in (Doğal Araştırma Topluluğu) merkezi oldu. Verein toplantılarında Mendel, 1865’te bir konferans dizisinde bezelye ile yaptığı deneylerin sonuçlarını sundu. Sunumu, ertesi yıl topluluğun (Society) dergisinde daha sonra dünyaca ünlenecek bir yayın olarak basıldı: “Versuche über Pflanzen-Hybriden” Mendel, 1851’den ölümüne kadar “Tarım Cemiyeti” ile yoğun bir şekilde uğraştı, çeşitli bölümlerinde çok aktifti ve orada bir tür kolej vardı. Bu Cemiyet içindeki iletişim, araştırmasında Mendel için bir ilham kaynağı oldu.

Mendel, tüm boş zamanını bilimsel iyimserlikle yaklaştığı kesin olarak tasarlanmış deneyleri kullanarak araştırmaya adadı. Mendel’den dinliyoruz: “Beklenmesi gerektiği gibi, deneyler yavaş ilerler. Başlangıçta biraz sabır gerekir, ancak daha sonra birkaç deney aynı anda ilerlediğinde, işler düzelir. İlkbahardan sonbahara kadar her gün kişinin ilgisi günlük olarak tazelenir ve kişinin kendi alanına verdiği özen böylece fazlasıyla geri ödenir. Ayrıca, deneylerimle bu problemlerin çözümünü hızlandırmayı başarırsam, iki kat mutlu olurum”.

Daha sonraki ünlü makalesi, tanımlanmış başlangıç ​​koşullarını belirleyerek hazırlık da dahil olmak üzere, yıllarca süren zorlu ve kesin (zihinsel ve manuel olarak) deneylerin bir sonucuydu. Yine Mendel: “Melezlerin oluşumu ve gelişimi için genel olarak standart bir yasanın henüz başarılı bir şekilde ortaya konmamış olması, konunun kapsamını bilen ve bu tür deneyler için mücadele etmesi gereken zorlukları fark eden biri için şaşırtıcı değildir. Nihai bir belirleme, yalnızca çok çeşidi olan bitki aileleri üzerinde ayrıntılı deneyler mevcut olduğunda sonuçlanacaktır. Bu alandaki çalışmaları inceleyen herhangi biri, sayısız deney arasında hibritlerin ortaya çıktığı çeşitli biçimlerin sayısını belirlemeyi mümkün kılacak ölçüde ve tarzda hiçbirinin yapılmadığına ikna olacaktır. Böylece, güvenle, bu formları tek tek nesiller halinde düzenleyebilir ve onların göreli sayısal ilişkilerini belirleyebiliriz. Böylesine kapsamlı bir işe girişmek için kesinlikle biraz cesaret gerekiyor; yine de, önemi hafife alınmaması gereken organik formların evrimsel tarihiyle ilgili bir sorunun nihayet çözümüne ulaşmanın tek uygun yolu gibi görünüyor”.

“Açıkçası, burada yalnızca daha yüksek, daha temel bir yasanın tezahürü olan bireysel fenomenlerle uğraşıyoruz” der Mendel. Baskın ve çekinik elementlerin dengesi, Bitki Hibritleri Üzerindeki Deneylerinde açıklanmış ve oranlar cinsinden ifade edilmiştir (Şekil 1B). Bu, fizikçi Mendel tarafından hesaplanan biyolojideki ilk modeldir.

“Elde ettiğim sonuçların çağdaş bilimsel bilgimizle kolayca uyumlu olmadığını ve bu koşullar altında bu türden izole edilmiş deneylerden birinin yayınlanmasının iki kat zor ve tehlikeli olduğunu biliyordum; deneyci ve sunduğu amaç için tehlikeli.…Bazı kontrol deneylerine ilham vermeye çalıştım ve bu nedenle yerel doğa bilimcileri topluluğunun toplantısında Pisum (Bezelye) deneylerini tartıştım. Beklendiği gibi, farklı görüşlerle karşılaştım; ancak bildiğim kadarıyla hiç kimse deneyleri tekrarlamayı taahhüt etmedi. Geçen yıl, derneğimin tutanaklarında konferansımı yayınlamam istendiğinde, yıllarca deneyler için kayıtlarımı yeniden inceledikten ve bir hata kaynağı bulamadıktan sonra bunu yapmayı kabul ettim. …Eşey hücreleri üzerinde yapılan bu ve benzeri deneyler önemli görünüyor, çünkü onların sonuçlarının Pisum’da gözlemlenen melezlerin gelişiminin açıklamasını sağladığına inanıyorum. Bu deneyler tekrarlanmalı ve doğrulanmalıdır”.

Realschule’deki ve Tarım Cemiyeti’ndeki mutlu yıllar, Mendel’in manastırın başrahibi seçildiği 1868’de sona erdi. “Son zamanlarda işlerimde tamamen beklenmedik bir dönüş oldu… Deneysel fizik öğretmeninin çok mütevazı konumundan, böylece kendimi, bana pek çok şeyin garip geldiği bir alana taşınmış buluyorum… Bu görev beni melezleme deneylerinde devam etmekten alıkoymuyor. Hatta onlara daha fazla zaman ve dikkat ayırabilmeyi umuyorum…”. Ancak bu umut gerçekleşmedi. Mendel, Mortgage Bank’ın müdür yardımcısı ve daha sonra direktörü olarak görevine ek olarak artan yönetim ve bürokrasi tarafından aşırı yüklendi ve yoruldu.

61 yaşında öldü. Mendel’in ölümünde, Tarım Cemiyeti (ölüm ilanında) “Deneyleri yeni bir çağ açtı. Yaptıkları asla unutulmayacak” yazıldı ancak bunun dışında kimse onun bilimsel katkısının önemini resmen kabul etmedi. Dünya, sonunda 16 yıl sonra onun bilime katkısını kabul etti. Günümüze kadar, fikirleri, modern tavrı ve bilimsel eleştirel düşünce tarzı, onun mirasını her zaman yaşattı.


Mendel yasasını çiğneyen bencil lokuslardan ne öğrenebiliriz?

Mendel’in “ayrışma yasası”nın istisnaları, kromozomların genetik materyal taşıdığını göstermek için önemliydi. Mendel yasasına “bencil genler”in neden olduğu ek istisnaların incelenmesi, genetiğin diğer çözülmemiş gizemlerini çözme potansiyeline sahiptir.

Ökaryotlardaki çoğu genin kalıtımı “Mendel kalıtımı formu”nda (Mendellian kalıtım) tanımlanabilir. Bu terim, dolayısı ile, ökaryotik genetiğin temellerini resmi olarak tanımlayan ilk kişi olan Gregor Mendel’in adını almıştır. Mendel genleri, “Mendel’in ayrışma yasası”na uyan genlerdir. Bu yasa, ebeveynlerin belirli bir genin taşıdıkları 2 kopyadan yalnızca birini belirli çocuğa nasıl ilettiklerini açıklar. Seçilen gen kopyası rastgeledir ve diploid organizmalar her ebeveynden her genin 1 kopyasını miras alır.

Mendel, bu çok önemli kalıtım modelini, kromozomların genetik bilgiyi taşıdığı kanıtlanmadan çok önce deşifre etti. Bu nedenle Mendel, ayrışma yasasının kromozomların mayoz yoluyla geçişini yansıttığının farkında değildi. Spesifik olarak, bizim gibi diploid organizmalar, her bir ebeveynden 1 set (n) miras olacak şekilde 2 set (2n) kromozom taşır. Eşeyli olarak üremek için ökaryotlar, sperm gibi rastgele seçilmiş 1 tam kromozom seti (n) içeren gametler (eşey hücreleri olan yumurta ve sperm) oluşturmak için mayozu kullanır. Bir diploid (2n) organizmada bulunan her kromozomal lokus, genellikle gametlerinin yarısına iletilir. 2 uyumlu gamet (sperm ve yumurta) birleştiğinde yeni bir diploid organizma oluşturulabilir.

Mendel’in ayrışma yasası, genetik araştırma için kritik bir temel sağlar. Ancak, istisnasız değildir. Tarihsel olarak, bu tür 2 istisna (cinsiyet kromozomu bağlantısı ve mayozda kromozomun yanlış ayrılması) Drosophila genetikçileri tarafından genlerin kromozomlar üzerinde taşındığını göstermeye yardımcı olmak için kullanılmıştır. İleriye dönük olarak, kalıtımın mekanizmalarını anlamakla ilgilenen modern genetikçilerin Mendel yasasına ek istisnalardan öğrenecekleri çok şey var.

Özellikle, Mendel’in ayrışma yasasını çiğneyerek gelecek nesillere aktarma avantajı sağlayan bencil genlerin, cinsel üreme sürecini şekillendirmeye büyük ölçüde katkıda bulunanlar olması muhtemeldir. Bu bencil genler, belirli bir bencil mahal, bir organizma tarafından üretilen yavruların yarısından fazlasına iletilecek şekilde üremeyi kullanır. Çeşitli bencil DNA’lar vardır, ancak burada örnek olarak yer değiştirebilir elementlere (transpozon) ve sürücü (driver) lokuslarına odaklanacağız. Yer değiştirilebilir öğeler, yani transpozonlar kopyala-yapıştır” veya “kes-yapıştır” mekanizmalarını kullanarak kendilerinin yeni kopyalarını oluşturabilir. Daha da önemlisi, yeni kopyaların sonraki nesillere aktarılmasına izin verdiği için, germ hattında mobilize olacak şekilde yer değiştirebilen elementler seçilime uğrar. Sürücü lokusları tercihen kendi iletimlerini saptırır, öyle ki bir sürücü+/sürücüheterozigot, sürücü + alelini yaşayabilir neslinin yarısından fazlasına geçirecektir. Sürücüler çeşitlidir ve mayoz, gametogenez veya döllenme sonrası etki edebilir. Hem yer transpozonlar hem de driverlar, insanlar dahil ökaryotlarda bulunurlar.

Çoğu genetik lokus Mendel yasasını takip ederse bencil genler cinsel üremeyi nasıl şekillendirir? 

Bir benzetme olarak, insan toplumlarını düşünün. Çoğu insan yasalara uyar, ancak bazıları yasayı çiğneyerek önemli kişisel avantajlar elde eder. Bu kanun ihlali toplumda yüksek bir bedele sebep olabilir. Bu nedenle toplumlar, sosyal kurumlarımızın ve kaynaklarımızın çok büyük bir kısmını kanunları çiğneyenleri caydırmaya, yakalamaya ve cezalandırmaya ayırır. Kanunları çiğneyenlerin polisle denentimi ayrılmaz bir şekilde yaşamlarımıza örülür ve her gün yaptığımız şeyleri şekillendirir (genellikle daha iyisi için olmasa da). Aslında, kanunları çiğneyenler, hepimizin tatsız takasları kabul etmemizi gerektirir. Örneğin, hava yolculuğunu düşünün. Kanunları çiğneyenleri engellemek için tasarlanmış güvenlik prosedürleri için zamanımızın, mahremiyetimizin, rahatlığımızın ve paramızın bir kısmını feda ederiz. Dünyamızı, toplumlarımızı incelemek için ziyaret eden bir uzaylı, kanunları çiğneyenlerin var olduğunu takdir edemezse, dünyamızın çoğu hakkında yanlış çıkarımlarda bulunabilir. Böyle bir uzaylı, örneğin, hava yolculuğuna hazırlanan insanların, yabancıların vücutlarını taraması ve kişisel eşyalarını incelemesi ayrıcalığı için uzun kuyruklarda beklemekten hoşlandığı sonucuna varabilir.

İnsan toplumlarındaki duruma benzer şekilde, çoğu gen Mendel’in ayrışma yasasını takip eder ve bir heterozigot soyunun yarısına aktarılır. Transpozonlar ve driverlar gibi bencil genler, Mendel yasasını çiğneyerek önemli evrimsel avantajlar elde edebilir. Aslında, yasayı çiğnemek, genellikle hiçbir yararlı amacı olmayan bencil genlerin, genomlar ve popülasyonlar içinde varlığını sürdürmesine ve yayılmasına izin verir. Bu bencil davranış genellikle bir organizmanın genel sağlığı ve zindeliği için maliyetlidir. Örneğin, yer transpozonlar genleri bozabilir (mutasyon) ve driverlar genellikle onları kalıtsal olmayan gametleri veya embriyoları yok ederek hareket eder. Bu nedenle, genomların, genetik kanunları çiğneyenleri engellemek için önemli kaynaklar ayırmak üzere seçildiği sonucu çıkar. İnsan topluluklarının polisliği gibi, genetik kanunları çiğneyenlerin bu polisliği de muhtemelen kritik yolların tehlikeye atılabileceği maliyetli takaslar içerir. Bununla birlikte, biyologlar bencil genleri veya onları kontrol altında tutmak için var olan polislik sistemlerini dikkate almayı çok sık ihmal ederler. Bu, yukarıda bahsedilen yanlış yönlendirilmiş uzaylıya benzer yanlış anlamalara yol açabilir. Örneğin, pha-1 geni başlangıçta nematod Caenorhabditis elegans’ın gelişimi için gerekli olarak yanlış sınıflandırılmıştı. Gerçekte, pha-1’e bağlı bir gen olan sup-35 tarafından kodlanan maternal (babadan gelen) bir toksine zigotik olarak ifade edilmiş bir panzehir kodlar. Birlikte, pha-1/sup-35 , Mendel’in yasasını miras almayan yavruları öldürerek kırabilecek bencil bir driver lokusu oluşturur.

Bencil genlerin ve onların savunma sistemlerinin incelenmesiyle biyolojinin hangi gizemleri açığa çıkarılabilir? 

Muhtemelen çoktur, ancak burada sentromerlerin ve sentromer proteinlerinin paradoksal evrimi olan 1 gizemi vurgulayacağız. Genel kromozom ayrışma süreci, ökaryotlar boyunca büyük ölçüde korunur, ancak sentromerler ve proteinleri hızla evrimleşebilir. Aslında, doğal seçilim çoğu zaman birçok önemli sentromer proteininde yeni mutasyonları destekler. 

Korunmuş bir süreç yürüten genlerde yenilik neden tercih edilsin? 

Çok çeşitli türlerde artan deneysel destek kazanan bir hipotez, hızlı sentromer evriminin, bencil driver sentromerleri ile sentromer proteinleri dahil savunma sistemleri arasındaki genetik bir silahlanma yarışını yansıtabileceğidir. Bu tür silahlanma yarışlarında bencil lokuslardaki yeni mutasyonlar onlara avantaj sağlayabilir. Bu da, bencil genlerin bastırılmasını yeniden tesis etmek için savunma sistemlerinde yeniliğin seçilmesine yol açar. Bencil genleri bastırmak için yapılan bu uyarlamalar, sağlık ve doğurganlığı tehlikeye atan takaslarla gelebilir.

İleriye dönük olarak, modern biyologlar erken dönem Drosophila genetikçileri tarafından ortaya konan örneği takip edebilir ve Mendel yasasının istisnalarını dikkatle değerlendirebilir. Böyle bir bakış açısı kuşkusuz yeni anlayışlar getirecek ve muhtemelen kalıtımın mekanizmalarını anlamak için gerekli olacaktır.


Gregor Mendel’in kantitatif genetikteki mirası

Gregor Mendel’in segregasyon ve bağımsız çeşitleme yasalarını keşfetmesi ve lokuslar arasında mendeliyen olmayan etkileşimlerin varlığına ilişkin çıkarımı, nicel özelliklerin genetik mimarisine ilişkin bugünün araştırmalarının merkezinde yer almaktadır.

Şekil 1. Fisher’ın Mendel’in kalıtım yasalarını kantitatif özellikler için sürekli varyasyonla uzlaştırması.
(a) Fisher, herhangi bir fenotipik farklılık ve herhangi bir baskınlık derecesi için tek bir lokusta “keskin ve kesin bir ayrılığa” sahip olan Mendel fenotiplerini genelleştirdi. 2 homozigot genotip arasındaki fenotip farkını 0’da merkezledi, bu nedenle özellik değerini artıran genotip + a’nın bir etkisine sahiptir ve özellik değerini azaltan genotip − a’nın bir etkisine sahiptir , burada a toplama etkisidir. Heterozigotun etkisini tanımladı, d(baskınlık etkisi), heterozigotların ortalama fenotipi ile 2 homozigotun ortalaması arasındaki fark olarak. (b) Fisher daha sonra nicel bir özelliği etkileyen her lokusun doğal popülasyonlarda , sırasıyla A1 ve A2 alelleri için p ve q ( q = 1 – p ) sıklıklarıyla ayrıldığını varsaymıştır. Genotiplerin veya fenotiplerin frekansları, ( p + q ) n –1‘in binom açılımı ile verilir ; burada n , genotip veya fenotip sayısıdır. Rastgele çiftleşme ile, A 1 A 1 , A genotiplerinin frekansları Her lokustaki 1 A2 ve A2A2 sırasıyla p2 , 2pq ve q2’dir . _ _ _ Bu örnekte, a = 5, d = 0 ve p = q = 0.5, bu nedenle 3 genotipin 0.25, 0.5 ve 0.25 frekansları ile 5, 0 ve -5 fenotipleri vardır. Bu p ve q değerleri, F 2‘de 1:2: 1’lik beklenen genotip oranlarıyla birlikte F1 hibritlerinin Mendel çaprazlarındaki 2 allelin frekansına karşılık gelir., ancak herhangi bir fenotipik etkiye ve alel frekansına genelleştirilir. (c) Fisher daha sonra özelliği daha fazla lokus etkiledikçe fenotipik aralığın aynı kaldığını ve tüm lokusların etkilerinin aynı veya buna yakın olduğunu ve gözlenen fenotipi vermek için bir araya toplandığını varsaymıştır. Böylece lokus sayısı arttıkça her birinin fenotip üzerindeki etkileri küçülür. Bu örnek, her biri aynı a , d , p ve q değerlerine sahip 2 alleli olan 2 lokus (A ve B) içindir.her bir lokus için panel (b)’deki lokus A için olduğu gibi. 9 genotip var ama sadece 5 fenotip var. (d) Lokus sayısı arttıkça fenotipler arasındaki ayrım daha da azalır ve genetik olmayan çevresel etkiler, doğal popülasyonlarda nicel özelliklerin gerçekten sürekli dağılımlarıyla sonuçlanır. Bu örnekte, her biri 2 alel içeren 5 lokus (A, B, C, D ve E) vardır ve her lokus için paneldeki A lokusuyla aynı a , d , p ve q değerlerine sahiptir ( b). 243 genotip var ama sadece 11 fenotip var.  

Genetik alanı, 1866’da Gregor Mendel’in Bitki Hibridizasyonu Deneyleri’nin yayınlanmasıyla doğdu. Bahçe bezelyesi Pisum sativum ile çalışan Mendel, “keskin ve kesin bir ayrılmaya izin veren” 7 “karakter” (bugünkü tabirle her biri farklı bir fenotipi etkileyen polimorfik lokuslar) seçti. Mendel bu lokusları seçti çünkü melez (F1) homozigot ebeveyn genotipleri arasında (modern terminolojiyi kullanırsak) ebeveynlerden birinden ayırt edilemezdi; yani alellerden biri baskın ve diğeri çekinikti (Mendel’in orijinal terimleri). F1 hibridinde 2 ebeveyn arasında ara olan fenotipleri hariç tuttu.

Mendel, 7 F1 hibritinin her birini kendi aralarında çaprazladığında, F2 neslinde baskın fenotiplerin resesif fenotiplere oranının 3:1 olduğunu gözlemledi. F1 hibritlerinin her lokusta (A, a) dişi ve erkek gametlerde eşit oranlarda bulunan ve 1 AA:2 Aa oranında F2 yavruları üretmek için rastgele birleşen 2 alleli olduğu sonucuna vardı: 1 aa (Ayrılma Yasası). Mendel ayrıca melezlerin 7 lokustan 2 veya 3’ü için farklılık gösterdiği çaprazlamalar yaptı ve bu analizler onu “melez birlikteki her bir farklı karakter çiftinin ilişkisi, 2 orijinal ebeveyn stokundaki diğer farklılıklardan bağımsızdır” sonucuna varmasına yol açtı. (Bağımsız Çeşitlilik Yasası). Neyse ki Mendel için 7 lokusun her biri farklı bir otozomdaydı. Melezlerde farklı çiçek renklerine ve beklenmedik çiçek rengi oranlarına sahip 2 fasulye türü arasındaki ayrı bir çaprazlama dizisinde Mendel, resesif epistasisli (bir genin ifadesinin bir başkası tarafından değiştirildiği) çoklu lokusları doğru bir şekilde çıkardı.

Mendel’in kalıtım ilkeleri, farklı fenotiplere sahip organizmalar arasındaki geçişlerin genellikle 2 ebeveyn arasında orta düzeyde olduğu ve popülasyonlardaki fenotipik varyasyonun sürekli olduğu ve ayrık olmadığı yönündeki yaygın gözleme aykırıydı. Gerçekten de Mendel, bu tür fenotipleri (veya özellikleri) kasıtlı olarak dikkate almamıştır. Artık kantitatif özellikler olarak kabul edilen bu sürekli değişen fenotipler, popülasyonlarda Mendel’in bildirdiği kalıtım özelliklerine sahip fenotiplerden daha yaygındır. Kantitatif özellikler için akrabalar arasındaki ilişkiler, erken biyometri uzmanları Galton ve Pearson tarafından tanımlandığı gibi, regresyonlar ve korelasyonlar açısından tanımlanır. Ronald Fisher’ın iki bakış açısını uzlaştırması 1918 yılına kadar değildi. Çok sayıda (esas olarak sonsuz) lokusta mendelian kalıtımın, Mendel’in ilkelerini küçük etkiler, herhangi bir baskınlık veya epistasis, genetik olmayan (çevresel) etkiler ve rastgele alellere genelleştirerek gözlemlenen sürekli varyasyona yol açacağını göstererek çiftleşen popülasyonlar (Şekil 1). Bireysel genlerin ve nedensel alellerin bilgisinin yokluğunda, akrabalar arasındaki fenotiplerin korelasyonlarına dayanan istatistiksel modeller, bir popülasyondaki genetik varyasyona atfedilebilen nicel bir özellik için varyasyon fraksiyonunu belirlemek ve buna yanıtı tahmin etmek için kullanılır.

Kantitatif özellikler, bir organizmanın morfolojisinin, fizyolojisinin, davranışının ve uygunluğunun tüm yönlerini ve ayrıca gen ifadesi ve protein ve metabolit bolluğu gibi moleküler fenotipleri içerir. Kantitatif özellik lokusları (QTL’ler) olarak bilinen belirli özelliklerle ilişkili DNA bölgelerinin mendel lokuslarına bağlantı yoluyla haritalanması ilkeleri 20. yüzyılın başlarından beri anlaşılmış olsa da, bu çalışmalar, kantitatif özellik lokusları (QTL’ler) keşfedilene kadar yaygın değildi. Bundan önce, mendelian ve kantitatif genetik, gelişimin, fizyolojinin ve davranışın genetik temelini belirlemek için kullanılan model organizmalardaki mendel mutasyonları için ileri genetik taramalar ve doğal olarak meydana gelen varyasyonun kantitatif genetik analizi ile genetik iyileştirme için kullanılan ayrı alanlardı. tarımsal türler ve evrimsel biyoloji.

Şimdi tamamlanan QTL’leri haritalayan binlerce çalışmadan nicel özellikler için varyasyonun genetik temeli hakkında ne öğrendik?

İlk olarak, Fisher tarafından öne sürüldüğü gibi, nicel özellikler gerçekten oldukça poligeniktir. İkincisi, popülasyondaki farklı genetik arka planlar üzerinden ortalama alınarak tahmin edilen QTL etkileri küçüktür ve Fisher’in hipoteziyle de uyumludur. Bununla birlikte, bazı gözlemler, nicel özellikler için varyasyonun gerçek genetik temelinin, küçük etkilerin ayırıcı alellerini içeren birçok lokusun varlığından daha karmaşık olduğunu ima eder. Kantitatif bir özellikteki varyasyonla ilişkili alelleri ortak genetik geçmişlere dahil ettiğimizde, genellikle alellerin genetik geçmişe göre değişen büyük etkileri olduğunu görürüz. Model organizmalarda doğal olarak meydana gelen farklı genetik arka planlar üzerinde büyük mendelian etkileri olan çapraz mutasyonlar, mutant fenotipin şiddetlendiği veya iyileştirildiği çok çeşitli sonuçlara yol açar ve mutant alel ile epistatik olarak etkileşime giren doğal olarak ayrılan alellerin varlığını ortaya çıkarır. İnsanlarda, nadir görülen mendel hastalıkları tipik olarak, bir aile içinde bile aynı mutasyona sahip farklı çocuklar için semptomların şiddeti, başlangıç ​​yaşı ve hastalığın ilerlemesi değişkendir; yine doğal olarak oluşan epistatik değiştiricilerin varlığını gösterir. Model organizmalarda QTL haritalaması, QTL etkilerinin genellikle çevresel bağlama ve cinsiyete bağlı olduğunu göstermiştir. Kapsamlı bağlama bağlı etkiler, QTL’lerin popülasyonlardaki küçük etkilerinin, birden fazla bağlamda gerçek etkilerin ortalamasını yansıtabileceği anlamına gelir.

Nicel özelliklerin genetik mimarisinin bu özelliklerinin tarım, insan genetiği ve evrim üzerinde etkileri vardır. Örneğin, ilgili bağlamlar hesaba katılmadıkça, bir dizi koşul altında performans için seçilen ırk ve çeşitlerden QTL’leri farklı koşullara uyarlanmış ırklara ve çeşitlere aktararak tarımsal öneme sahip özellikleri iyileştirme girişimleri, beklenen etkilere sahip olmayabilir ve genomik bir cins için geliştirilen tahmin diğer cinslere aktarılamayabilir. Bir popülasyon için geliştirilmiş insan hastalıkları için poligenik risk skorları, modellere spesifik etkileşimler dahil edilmedikçe diğer popülasyonlarda doğru olmayabilir. Nadir insan hastalıklarının epistatik değiştiricilerini belirlemek, tedaviler için ipuçları sağlayabilir. ve genotiplerin ilaç ortam etkileşimlerine göre tanımlanması farmakogenomik uygulamaları kolaylaştıracaktır. Ayrıca, doğal popülasyonlardaki bağlama bağlı etkiler, kısmen nicel genetik varyasyonun ve adaptif evrimin korunmasından sorumlu olabilir.

Mendel’in bitki hibridizasyonu üzerine yaptığı deneyler, modern nicel genetiğin temellerini attı. Mendel, keşiflerinin öneminin gayet iyi farkındaydı. Ölümünden birkaç ay önce, halefi Franz Barina’nın başrahip olarak atanması sırasında, “Bilimsel çalışmam bana büyük neşe ve memnuniyet getirdi; ve tüm dünyanın çalışmamın sonuçlarını ve anlamını takdir etmesinin uzun sürmeyeceğine inanıyorum”. Bu alıntının doğruluğu kesin olarak doğrulanamasa da Mendel haklı olurdu. Ancak, incelemesinin yayınlanmasından 150 yıl sonra ve doğumundan 200 yıl sonra tarım, evrimsel biyoloji ve hassas tıp alanındaki keşiflerinin muazzam etkisini çok az tahmin edebilirdi.


Mendel genetiğinin aldatıcı basitliği

Dahi bir deneyci olan Mendel, biyoloji bilimini dönüştüren çalışmalarında kalıtımın genetik temelini titizlikle ortaya çıkardı. Fakat Mendel yasalarının çekici basitliği bazen genetiğin gerçek karmaşıklığını gizler mi?

Gregor Johann Mendel 200 yıl önce Temmuz’da doğdu. Yaygın olarak “genetiğin babası” olarak anılır, çünkü kalıtımın çiftler halinde gelen ayrık faktörlerin kalıtımı yoluyla çalıştığını ilk anlayan kişidir (şimdi gen olarak bildiğimiz şey). Bu, o zamanın acil bir sorusuydu ve doğal seçilimin mekanizmasını anlamada eksik olan parça olduğunu düşünen Charles Darwin’den daha az vizyoner olmayan bir kişinin kafasını karıştırmıştı. Mendel’in ustalıkla tasarlanmış deneyleri, parlak tümdengelim kapasitesiyle birleştiğinde, kalıtımın temelini ve dolayısıyla tüm biyolojinin ortak dilini ortaya çıkardı. Bugüne kadar, çalışmaları her biyoloji öğrencisine öğretildi; belirli kalıtım türlerini tanımlamak için onun adı anılır; ve birisinin, sonuçlarının algılanan basitliğinin, yararsız derecede basit bir genetik görüşünü sürdürdüğü iddia edilebilir.

Terim dağarcığı henüz icat edilmemiş olsa da, Mendel’in bezelye bitkilerinin titiz çaprazlamalarının istatistiksel analizini içeren deneyleri, geni ve kalıtsal genler (genotip) ile bir organizmanın fiziksel formu (fenotip) arasındaki ilişki ve farkı anlamamızın temelini attı. Fikir, zamanının ötesindeydi (kesin olmak gerekirse, zamanının 35 yıl ötesindeydi) ancak çalışmaları 1900’de “yeniden keşfedildiğinde”, nihayet kabullenen bir izleyici kitlesi buldu. Bu an, olağanüstü bir keşif döneminin başlangıcı oldu. Mendel’in ateşli bir savunucusu olan ve “genetik” terimini türeten William Bateson, kalıtım biliminin yakında değişeceğini doğru bir şekilde öngördü.

Mendel’in Versuche (“Deneyler”) adlı eserini bugün okumak, onun sonuçlarında ve yorumlarında modern kalıtım anlayışımızın farkına varmak çarpıcıdır ve vardığı sonuçların çağdaş ana akım fikirlerin ne kadar dışında olduğunu unutmak kolaydır. Gerçekten de, 20. yüzyılın başlarına kadar devam eden geleneksel görüş, kalıtımın, biraz boya renklerini karıştırmak gibi, ebeveyn özelliklerinin harmanlanmasıyla meydana geldiğiydi (Darwin ve biyometri uzmanı kuzeni Galton tarafından paylaşılan “Atasal Kalıtımı”). Karıştırma fikri, en azından yüzeysel olarak, insan boyu gibi niceliksel özelliklere uyması için ortaya çıktı; şimdi, her biri Mendel tarzında kalıtılan çeşitli formlara (aleller veya genetik varyantlar) sahip birçok bireysel gen tarafından kontrol edilen karmaşık genetik özellikler olduğunu anlıyoruz.

Versuche’de Mendel , deneysel tasarımını açıklamaya biraz zaman ayırıor: Bir form gradyanı olan bezelye çeşitlerini değil, “keskin ve kesin bir ayrım” sağlayan bezelye çeşitlerini seçmeye dikkat etti. Karmaşık genetik özelliklerden farklı olarak, bu “mendel” özelliklerindeki varyasyon, büyük ölçüde tek bir gen tarafından kontrol edildi. Aslında, birinin karmaşık genetik özellikleri inceleyerek ilk ilkelerden itibaren kalıtımın mekanizması hakkında doğru bir anlayışa nasıl ulaştığını hayal etmek zordur (çok sayıda farklı faktör, mevcut bir doğa anlayışı olmadan onu aşılmaz derecede karmaşık hale getirecek gibi görünmektedir). Mendel çerçevesini kullanarak karmaşık genetik özellikleri kolayca anlayabilsek de, karmaşık özelliklere odaklanmak, Darwin dahil diğerlerinin kalıtımı anlamasını engellemiş olabilir. Deneysel tasarımın özü, problemi doğru oranda basitleştirmektir. Mendel, çalışmaları kesinlikle zamanının en gelişmiş deneysel biyolojisi olan dahi bir deneyciydi. Kalıtım sorununu aldatıcı bir basitliğe indirgedi.

Mendel’den yola çıkmadan genetik öğretmeye çalışmayı hayal bile edemezdim. Genetik inanılmaz derecede (güzel, büyüleyici, şaşırtıcı bir şekilde) karmaşıktır. Artık çoğu özelliğin (fiziksel, biyokimyasal, davranışsal) birçok farklı genetik varyanttan etkilendiğini, bireysel olarak küçük etkiye sahip olduğunu, gelişim sırasında çevre ve stokastik süreçlerle birlikte hareket ettiğini biliyoruz. Tüm genlerini paylaşan tek yumurta ikizleri bile aslında aynı değildir. Ve evrimsel genetik açısından, doğal seçilimin çoğunlukla, yalnızca uzun zaman dilimlerinde nihai dramatik değişiklikler yaratan sonsuz küçük farklılıklar üzerinde hareket ettiğini biliyoruz. Ancak bunlardan herhangi birini açıklamak için önce Mendel’in çalışmasını ve bir genin iki versiyonunun keskin ve kesinlikle farklı formlar ürettiği basit deneysel çaprazları anlamak yardımcı olur.

Ancak önemli olan orada durmamaktır. Çoğu zaman, popüler genetik anlayışı, “… için gen” ile başlayan bir ifadeyle ifade edilir. “Mendelian” özelliklerin bu klasik, ders kitabı örneklerinin onlarca yıldır çok faktörlü olduğu bilinmesine rağmen, “göz rengi geni”ni veya “dil yuvarlama geni”ni tanımlamak karşı konulmaz görünmektedir. Bu ayartma daha sonra, gerçeklik daha iyi bir eğilim veya eğilim olarak tanımlandığında, herhangi bir belirli insan özelliğinin veya hastalığının “geni” tartışmasına taşar. 

Genetiğin bu deterministik görüşü, genetiğin en sinsi yanılgısıdır (öğrenmesi kolay ve terk etmesi çok zordur). Kalıtım hakkında nasıl konuştuğumuza kültürel olarak kodlanmıştır ve güçlü genetik bilimini anlamak ve takdir etmek için bir engel haline gelir. Genlerin her şeyi belirlediğini düşünürken, genetiğin gerçek karmaşıklığını ve bağlamın mahrem rolünü gözden kaçırma riskiyle karşı karşıyayız. Tip 2 diyabet veya kalp hastalığı için genetik bir risk faktörü taşıyan biri, bu koşulları hiçbir zaman geliştirmeyebilir ve hatta sağlıklı beslenme ve egzersizle olasılıklar dengesini değiştirebilir. Huntington hastalığı ve kistik fibroz dahil olmak üzere insan hastalıklarının küçük bir azınlığı tek bir lokustaki varyasyonla belirlenirken, “basit” özellikler bile çoğu zaman birden fazla gen tarafından belirlenir.

Bizler sadece genlerimiz için kaplar değiliz. Mendel’den başlayarak, benzersiz bir şekilde insanlar, kalıtım ve genetik bilginin nesiller boyunca nasıl aktarıldığı ve genlerin bu gezegendeki tüm biyolojik yaşamı şekillendirmeye nasıl yardımcı olduğu konusunda bir anlayış geliştiren tek türdür. Sözde tek genli deterministik özellikleri “mendel” olarak tanımlamamıza rağmen, Mendel’in kendisinin böyle hayali bir sistem tasarladığını gösteren hiçbir kanıt bilmiyorum. Mendel’i eserini hatırlayarak, önemini kabul ederek ve ona günümüzün yorumlama ve aşırı basitleştirme hatalarımızı yüklemeyerek onurlandırıyoruz.

Sözü uygulamaya dönüştürmek: Genetik çeşitliliği ve iklim direncini artırmak için mahsul biyoteknolojisi

İklim değişikliği tarımsal üretimi giderek daha fazla tehdit ettiğinden, mahsullerdeki genetik çeşitliliğin genişletilmesi, tarımsal bağlamda iklim direnci için önemli bir stratejidir. Burada gen düzenlemedeki son yenilikleri çevreleyen mevcut diyaloğu çerçevelemek için tarihsel perspektifleri kullanarak, özellikle sanayileşmiş sistemlerde bu çeşitliliğe katkıda bulunma potansiyelini araştırdık. Hırslı bilim adamları tarafından rekombinant DNA’nın ilk günlerinde yapılan mahsul çeşitliliğini arttırma olasılığı hakkında yorumları ortaya koyacağız ve bazılarının beklediği çeşitlendirmeyi yaratmayan bu teknolojinin uygulanmasını takip edeceğiz. Daha sonra, aynı amaca ilişkin olarak gen düzenleme araçlarının vaadiyle ilgili son iddialara döneceğiz.

1970 yılında, öldürücü bir mantar hastalığı Amerika Birleşik Devletleri mısır hasadını büyük ölçüde azalttı. Bu Güney mısır yaprağı yanıklığı salgını, belirli çeşitleri diğerlerinden daha duyarlı hale getiren bir gen alt kümesiyle bağlantılıydı; bu genler de ticari çeşitlerin yaklaşık %75’inde paylaşıldı. Felaket, hem ABD’de hem de yurtdışında, mahsul bitkilerinde daha genel bir genetik çeşitlilik kaybından endişe duyan bilim adamlarının nihayet hükümetlerin ve hayırseverlerin kulağını gitmesiyle geldi. Daha fazla ve daha iyi gen bankası tesisleri için çağrıda bulundular ve yanık mısırı erken tehlike uyarısı olarak görüp, endüstriyel mahsullerin yeniden çeşitlendirilmesini istediler.

Motivasyon olarak bu kaygılarla, bazı araştırmacılar yepyeni bir biyoteknoloji: rekombinant DNA ile belirli bir mahsulün çeşitleri arasındaki genetik çeşitliliği artırma olasılığına dikkat çekti. Bu teknikler, ticari pazarlara hakim olan yüksek verimli ancak genetik olarak dar hatlara yeni genler sokmak için kullanılabilir. Ancak, genetik çeşitliliği genişletmek için rekombinant DNA teknolojilerinin bu beklenen kullanımı henüz gerçekleşmedi.

Giderek artan acil iklim ve beslenme sorunları nedeniyle ekinleri çeşitlendirme ihtiyacı yeniden odak noktası haline geldi. Çeşitlendirilmiş tarım sistemleri, iklim tehlikelerine karşı daha dirençlidir ve gıda üretimini dengeleyebilir. Bu nedenle, hem yaygın olarak yetiştirilen mahsul türlerinin genetik temellerini genişleterek hem de daha fazla sayıda türün ekime açılmasını sağlayarak genetik çeşitliliğin arttırılması, iklim eylemi için yüksek bir önceliktir.

Biyoteknoloji bir kez daha ileriye doğru bir yol sunuyor. Günümüzün bitki bilimcileri, buğday, pirinç ve mısır gibi ürünlerin genetik çeşitliliğini kolaylaştırabilecek ve daha az sıklıkla ürün yetiştirme ve geliştirme faaliyetlerine maruz kalan “ihmal edilen” ürünlerin benimsenmesini veya devam ettirilmesini potansiyel olarak destekleyebilecek gen düzenleme teknikleri geliştiriyorlar. Fakat gen düzenleme gerçekten bir çeşitlilik patlaması yaratacak mı? Yetiştiricilerin ve botanikçilerin 19. yüzyılın sonlarından beri gözlemlediği bir genetik daralma modelini altüst edebilir mi (küresel tarımsal üretim sistemlerinde sıklıkla önemli bir kırılganlık kaynağı olarak belirlenen bir model?).

Rekombinant DNA teknolojilerine yönelik erken dönem özlemlerinin sıklıkla unutulan bir alt kümesini ortaya çıkaran kazı yorumları, gen düzenleme hakkında çağdaş diyalog hakkında fikir verir. Bu teknolojilerin tarihi, çeşitlendirmenin ne ölçüde bir laboratuvar araç setinden çok daha fazlasına bağlı olduğunu göstermektedir. Geçmişteki çabaların farkındalığı, genetik çeşitliliği artırmak için mahsul biyoteknolojilerinin kullanımına ilişkin bugünün isteklerini ve karar verme sürecini bilgilendirebilir.

Evrime müdahale: Rekombinant DNA’nın ortaya çıkışı

20. yüzyılın dönüşü, genetiğin bir araştırma disiplini olarak ortaya çıkmasına ve hızlı bir şekilde gelişmesine ve onunla birlikte bitkilerin, hayvanların ve insanların kalıtımını kontrol etmenin yeni araçları olarak belirli bilgi ve araçların kutlanmasına tanık oldu. 1900’de Gregor Mendel’in bezelye kalıtım çalışmalarının “yeniden keşfi”, iddialı disiplin kurucularına, özelliklerin aktarımını açıklamak için basit bir çerçeve sağladı ve birçok kişinin araştırma için daha fazla kaynak bulmasını sağladı. Genetik araştırmaları için belirlenen gündem bir ulusal bağlamdan diğerine değişse de, genellikle tarımsal çalışma ile yakından ilişkiliydi ve genetikçilerin uzmanlığının, anlatılmamış verimlilik ve hassasiyetle yeni mahsul çeşitlerini üretmelerine izin vereceği beklentisinden yararlandı.

İlk yetiştiriciler-dönüşümlü genetikçiler, “siparişe göre” yeni çeşitler yapma çabalarında tipik olarak köklü melezleme ve seçilim yaklaşımlarını kullandılar ve bunun sonucunda yeni tohum ürünleri üretip pazarlayabildiler. Yine de birçoğu 1910’larda genlerin ve kromozomların doğrudan fiziksel manipülasyonuna izin veren araçlarla deneyler yapıyordu ve bunların bitki ıslahı için daha fazla ufuk açacağını umuyordu. Tohumları, soğanları ve tomurcukları X-ışını tüplerine, kimyasal mutajenlere ve radyoizotoplara maruz bırakmak, 1940’ların ve 1950’lerin bilim adamlarının sıklıkla “hızlanan evrim” olarak nitelendirdiği genetik değişiklikleri tetikledi. Ayrıca genellikle daha büyük, daha doyurucu, daha karlı mahsullerin hemen önümüzde olduğunu ima ettiler (Şekil 1). Yine de büyük umutlara ve daha büyük bir aldatmacaya rağmen, mutajenik yöntemler, araştırmacıların cesur iddialarına yalnızca mütevazı bir şekilde ulaştı.

Şekil 1. Genetikçi Lewis Stadler, mutasyonları tetikleme umuduyla mısırı röntgenliyor. Popular Science Monthly , Ocak 1932, 47’den 

Sonra yeni bir takım araçlar geldi, bir organizmadan gelen genlerin tür sınırlarının ötesinde bile diğerinin genomuna eklenmesine izin veren teknolojiler. 20. yüzyılın ortalarındaki “mutasyon yetiştiricileri” evrimi hızlandırmayı tasavvur ederken, 1970’lerin bazı moleküler biyologları, “transgenik” organizmalar üretirken evrimi tamamen terk ettiklerini gördüler. Mahsul yetiştiricileri artık yerleşik çeşitler, yerel türler ve hatta türler içinde mevcut olan gen kombinasyonlarıyla sınırlı kalmayacak ve genleri (ve dolayısıyla özellikleri) her zamankinden çok daha geniş bir şekilde aktarabilecektir (Sözlük). Bazıları, o noktaya kadar bitki ıslahının kaçınılmaz bir yan ürünü olarak anlaşılan bir sorunu da çözebileceklerine inanıyordu: genetik çeşitlilik kaybı.

1. Sözlük

mahsul evcilleştirme

Bir bitki türünün üremesinin, tipik olarak yiyecek, giyecek, barınma veya diğer amaçlar için kullanılabilmesi için insan gruplarının kontrolü altına alındığı süreçler.

Yabani akrabayı kırp

Evrimsel bir ata veya ilgili takson gibi evcilleştirilmiş bir tarımsal ürünle yakından ilişkili bir bitki türü.

kara yarışı

Ayrı bir popülasyon olarak muhafaza edilen yerel olarak uyarlanmış bir bitki çeşidi veya hayvan türü.

İhmal edilen mahsul

Ticari gelişim için önemli araştırmalara konu olmayan ve bu nedenle potansiyel olarak tarımda yeterince kullanılmayan bir ürün türü.

Geleneksel üreme

Bitkileri eşeyli üreme yoluyla çaprazlamaya dayanan yöntemler.

Mutasyon ıslahı

Bir bitkinin DNA’sında rastgele değişiklikler meydana getirmek için kimyasal veya radyasyon tedavisini kullanan teknikler.

Rekombinant DNA

Birden fazla kaynaktan elde edilen genetik materyalin birleştirilmesini kolaylaştıran moleküler biyoloji teknikleri.

Transgenez

DNA’nın bir organizmadan başka bir ilgisiz organizmanın genomuna yerleştirilmesi. Mahsuller için bu, bakteri veya farklı bir bitki türü gibi bir organizmadan genetik materyalin izole edilmesini ve mahsul genomuna aktarılmasını içerir.

cisgenez

Transgenezise benzer, ancak alakasız bir organizmadan gelen eklenen DNA yerine, bir ekin yabani akrabası gibi ilgili bir bitkiden kaynaklanır.

gen düzenleme

Hedeflenen genetik değişiklikleri indükleyen bir dizi teknik. Gen düzenleme yoluyla üretilen birçok ürün, harici bir kaynaktan DNA eklenmesi yerine yalnızca mahsul bitkisinin kendi genomundaki mutasyonları içerir.

Neredeyse yüz yıl boyunca uzmanlar, çiftçiler, profesyonel yetiştiriciler tarafından üretilen giderek daha tek tip “modern” çeşitleri benimsedikçe, daha önce çiftçiler tarafından sürdürülen daha heterojen çeşitlerin ortadan kalkacağı konusunda ısrar ettiler. Araştırmalar, yetiştiricilerin farklı, tek tip ve istikrarlı mahsul çeşitleri üretme çabalarının , çiftçilerin çeşitleri nadiren tamamen ortadan kalksa bile, genetik çeşitliliğin daralmasıyla ilişkilendirildiğini yaklaşık olarak uzun bir süredir ileri sürmüştür. 20. yüzyılın ortalarına gelindiğinde, bu modelin tanınması, birçok ülkede tohumların ömrünü uzatmaya adanmış soğuk depolama tesislerinin oluşturulmasına yol açmıştı. Bu tohum bankası tesisleri, tarlalardan kaybolduğuna inanılan genetik çeşitliliği korumakla görevlendirildi.

Çeşitli ve genetik olarak heterojen çiftçi çeşitlerinden yetiştiricilerin daha standartlaştırılmış ürünlerine giderek artan ölçeklerde geçişle ilişkili genetik çeşitliliğin kaybı, 1970’lerde birçok botanikçi ve mahsul bilimci için bir kriz senaryosu haline geldi ve sadece ABD mısırı yüzünden değil. yanık. Güney Asya, Latin Amerika ve Orta Doğu’daki çiftçilerin toplu halde “modern” çeşitlere geçiş yaptığı düşünülen tarımsal üretimde Yeşil Devrim, ilk olarak 1968’de ilan edildi ve hızla potansiyel bir çeşitlilik darboğazı olarak tanımlandı.

İlk olarak Meksika’da geliştirilen yarı bodur buğday ve Filipinler’de yetiştirilen yarı bodur pirinç IR-8 gibi Yeşil Devrim çeşitleri, karmaşık genetik kökenlere sahipti ve özellikle doğru girdiler verildiğinde çeşitli ekolojik bağlamlarda hayatta kalma yetenekleri nedeniyle kutlandı. Azotlu gübrelerin, sulamanın ve diğer girdilerin artan mevcudiyeti ile birlikte bu yeni çeşitlerin yayılması, birçok yerde tahıl üretiminde önemli artışlara ve gıda fiyatlarında düşüşe yol açtı.

Pek çok gözlemcinin belirttiği gibi, o zamandan beri, verimdeki bu kazanımlara çeşitli sosyal ve çevresel maliyetler eşlik etti. Bu “mucize çeşitlerin” yaygın olarak benimsenmesinin bir sonucu çiftçilerin tarlalarının genetik bileşiminde benzeri görülmemiş bir tekdüzeliğe doğru kayma oldu. Bu hızlı dönüşüm, çeşitli yerel türlerin korunması için acil çağrılara yol açtı.

Bu arada, küresel nüfus artışı ve kaynak kıtlığı ile ilgili endişeler, Yeşil Devrim ile bağlantılı mahsul araştırmalarını teşvik eden faktörler, uluslararası dikkati diğer birçok biyolojik çeşitlilik türüne odakladı. Genlerde, türlerde veya ekosistemlerde temsil edilen bu çeşitliliğin kaybı, yeni koruma faaliyetlerini teşvik etti.

Bu bağlamda, transgenik mühendislik yoluyla evrimi atlatmak, bazı bitki bilimcileri tarafından, özellikle endüstriyel ürünlerde, genetik çeşitliliğin korunmasına ve hatta arttırılmasına bir katkı olarak kutlandı. Hırslı araştırmacılar, hevesli tarım yöneticileri ve politika yapıcılarla birlikte, dünyanın biyolojik çeşitliliğini taramayı, ilgilenilen genleri belirlemeyi ve bunları değerli hatlara aktarmayı hayal ettiler. Sonucun, doğada bilinmeyen ve hatta hayal bile edilemeyen çeşitlilik yaratmak için eşi görülmemiş bir genetik materyal seferberliği olacağını umuyorlard.

Endüstriyel ürünlerde genetik çeşitliliğin arttırılması, mahsul gelişiminde rekombinant DNA ile çalışan araştırmacılar tarafından hiçbir zaman aranan en önemli hedef olmamasına rağmen, bu potansiyel sonuç genellikle konferans bildirilerinde ve teknik çalışanların alanlarının geleceğini tasarlamak için bir araya geldiği diğer forumlarda su yüzüne çıktı. En sık vaat edilen çeşitlendirmeler arasında, arttırılmış protein içeriğine sahip tahıllar, nitrojeni sabitleyebilen geniş bir tarımsal ürün yelpazesi ve vahşi ve yabani ot akrabalarının sahip olduğu ısıya ve kuraklığa dayanıklılık özelliklerine sahip modern çeşitler veya ex situ depolanan yerel türler vardı. tohum ve gen bankası koleksiyonları.

Rekombinant DNA teknikleri bazen yalnızca tohum ve gen bankası koleksiyonlarını daha değerli hale getirmek, yetiştiricilerin depolanmış genetik çeşitliliği kullanmalarını kolaylaştırmak olarak değil, aynı zamanda halkın dikkatini biyoçeşitliliğin korunmasının önemine odaklamak için araçlar olarak lanse edildi. Motivasyon tüm biyoteknologlar tarafından paylaşılmadı, ancak bazı bilim adamları, genetik biyoçeşitliliği yeni yollarla harekete geçiren genetik mühendisliği “atılımları” ile gözlerini kamaştıran bir halkın koruma faaliyetlerine daha meyilli olacağını umdu.

Yerine getirilmeyen vaat: Tarlada transgenik ürünler

Geriye dönüp bakıldığında, transgenik araçların biyoçeşitlilik için bir nimet olacağına dair bu umutlar yanlış yönlendirilmiş görünüyor. Bugün yetiştirilen transgenik mahsul çeşitlerinin büyük çoğunluğu sadece 2 mühendislik özelliğine sahiptir. Ya Bacillus thuringiensis’ten (Bt) türetilen ve böceklere karşı dirençle sonuçlanan 1 ya da birkaç gen içerirler ya da herbisitlere, özellikle glifosata tolerans sağlayan mikrobiyal kökenli 1 ya da birkaç gen içerirler. Giderek artan bir şekilde, hem Bt böcek direncini hem de herbisit toleransını (HT) içerecek şekilde tasarlanırlar. 2019’da bu 2 özellik, transgenik çeşitlerle ekilen küresel alanın %99’undan fazlasını oluşturuyordu.

Bu ekinlerin dağıtımı tartışmalıdır ve araştırmacılar sürekli olarak bunların kullanımının tarımsal üretkenliği ve sürdürülebilirliği artırıp artırmadığını ve hangi koşullar altında olduğunu araştırmaktadır. Bununla birlikte, açık olan bir şey var ki, transgenik araçlar, teknolojinin ortaya çıkışında bazılarının hayal ettiği şekilde ürün çeşitliliğini genişletmedi. Bilakis, sadece 2 özellikle bağlantılı birkaç genin yayılması, endüstriyel ürünlerde, ölçekte eşi benzeri görülmemiş, yeni bir tür genetik homojenliğe yol açtı. Tek bir progenitör bitkiden türetilen ve tohum üretiminde faydalı bir erkek kısırlığı biçimini kodlayan güney mısır yaprağı hastalığında rol oynayan genler, ABD mısır çeşitlerinde çok yaygın bir şekilde çoğaldıkları için kırılganlık kaynakları haline geldi. Bugün, Bt transgenleri daha da yaygın, sadece ülkeler arasında değil, aynı zamanda mahsul türleri arasında da bulunuyor.

Bazı transgenik mahsuller, herbisit toleransı ve Bt’den başka özelliklere sahiptir. Bir örnek, öncelikle kadınları ve çocukları etkileyen A Vitamini eksikliğinin halk sağlığı endişesini gidermek için bir araç olarak oluşturulan Altın Pirinç’tir. Diğer türlerden 2 genin dahil edilmesiyle, bilim adamları pirinç tanelerini A Vitamininin bir öncüsü olan beta-karoten ile zenginleştirebildiler. 2001’den beri geliştirilmekte olan Altın Pirincin ticari üretimi, düzenleme, transgenik ürünlere direnç ve hedef bölgelerdeki pirinç ekimi ve tüketimi kültürlerinin yanlış anlaşılması gibi birçok bileşik faktör nedeniyle uzun süredir ertelenmiştir. Birçoğunun A Vitamini eksikliğinden etkilendiği bir ülke olan Filipinler, 2022’nin Filipinli çiftçiler tarafından yetiştirilmek üzere Altın Pirinç tohumlarının seri olarak üretileceği ilk yıl olacağını duyurdu.

Yetiştirmede kullanılan bir başka transgenik ürün, virüsün kendisinin zayıf bir türünden bir genin eklenmesi sayesinde yıkıcı papaya halkalı benek virüsüne direnen Gökkuşağı papayasıdır. Bunlar 1998’de Hawaii’li yetiştiricilere sunuldu. 1999’da Hawaii’de ticari papaya için kullanılan alanın %50’sine transgenik papaya ekildi ve Hawaii papaya endüstrisi kurtarıldı.

Birçoğu ekin bitkilerinin vahşi akrabalarından elde edilen başka özellikler de yolda. Cavendish muzu, dünya muz üretiminin neredeyse %50’sini oluşturur ve kimyasal kontrole yanıt vermeyen Fusarium solgunluk tropikal ırk 4 (TR4) hastalığına tehlikeli bir şekilde duyarlıdır. Araştırmacılar, yabani bir muzdan bir hastalık direnç geni ekleyerek TR4’e dirençli Cavendish muzları ürettiler.

Bu arada, Birleşik Krallık’ta bilim adamları, yetiştiriciler için kötü şöhretli hastalıklar olan geç dönem yanıklığı ve yumru yanıklığına karşı direnç kazandırmak için patates akrabalarından ekilen bir varyete 3 geni tanıttılar. Bu çoklu vahşi direnç genlerinin istiflenmesinin, patojenin bitkilerin savunmasına adapte olması daha zor olacağından, önceki geleneksel yetiştirme çabalarından daha sağlam hastalık direnci sağlaması beklenmektedir.

Bu çabalar göz önüne alındığında bile, genetik mühendisliği yoluyla tarımsal ürünlerin çeşitlendirilmesi konusunda hayal edilenlerle, ortaya çıkan gerçeklik arasında yadsınamaz bir kopukluk var. Pek çok nedenden dolayı (aşağıda daha ayrıntılı tartışılacaktır), rekombinant DNA teknolojisinin mahsul çeşitliliği açısından yarattığı fırsatlar pratikte yerine getirilmemiştir.

Yeni bir umut: Mahsul çeşitliliği için gen düzenleme

Bugün önde gelen bitki bilimciler, biyoteknoloji yoluyla mahsul genetik çeşitliliğini genişletme isteklerini yerine getirmeye yönelik, oyunun kurallarını değiştiren yöntemler olarak yenilikçi gen düzenleme tekniklerini övüyorlar. Mahsul ıslahı tarihi boyunca bilim adamları, son zamanlarda rekombinant DNA’nın paradigma değiştiren olasılıklar yaratacağı beklentisiyle çeşitli yenilikleri benzer şekillerde müjdelediğinden, bu tantana tanıdık geliyor (Tablo 1 ). Genetik çeşitlilik açısından gen düzenleme teknolojilerinin potansiyeli hakkında farklı olan nedir?

Tablo 1. Bilim adamları ne söylüyordu?

Gen düzenleme ve rekombinant DNA arasındaki temel farklardan biri, araştırılan genetik çeşitliliğin doğasında yatmaktadır. Gen bankası koleksiyonlarını araştırmak veya diğer organizmaların genomlarını araştırmak yerine, gen düzenleme ile genetik çeşitliliği genişletmeye yönelik birçok çaba, bir bitkinin kendi genomundaki varyasyonun “kilidini açmaya” odaklanır. Erken rekombinant DNA programları evrime karşı gelmeyi amaçlarken, bu gen düzenleme hedefleri, 20. yüzyılın ortalarındaki mutasyon yetiştiricilerinin umutlarını hatırlatıyor: evrimi hızlandırmak. Ancak bu sefer, radyasyon tedavisi veya mutajenik kimyasallarla rastgele varyasyon oluşturmak yerine, teknoloji daha kesin ve öngörülebilir genetik değişiklik sunabilmektedir.

Bölgeye özgü nükleazları (ZFN’ler, TALEN’ler, CRISPR-Cas9) kullanan gen düzenleme yöntemleri, bir organizmanın genomunda belirli bir yeri hedeflemek için ya protein mühendisliği ya da RNA dizisi tamamlayıcılığı tarafından yönlendirilir. Bu gen düzenleme teknikleri, genetik dizileme teknolojilerinin ve dijital analiz araçlarının hızlı gelişimi ile birleştiğinde, mahsul genetik çeşitliliğini artırmak için potansiyel olarak güçlü araçlar olabilir. Araştırmacıların şu anda bu amaca ulaşmak için kullanmayı hayal ettikleri çeşitli stratejilere kısa bir genel bakış, olasılıkların çeşitliliğini gösterir.

Gen düzenlemeyi kullanarak genetik çeşitliliği arttırmaya yönelik bir strateji, hastalığa yatkınlık gibi istenmeyen özellikler veren genleri değiştirmektir. Örneğin, domates, asma ve buğday gibi mahsullerde külleme karşı bitki duyarlılığında rol oynayan bozucu genler, hastalığa karşı direnci indüklemiştir.

Diğer durumlarda, aranan bir özellik, bir genin işlevinin kaybıyla değil, belirli bir genin ifade edildiği ölçüdeki bir değişiklikle ilişkilidir. Gen düzenleme de bu özellikleri ele alabilir. Toz halinde küf durumunda olduğu gibi kodlama dizilerini hedeflemek yerine, düzenleme genetik düzenleyici elemanlara yönlendirilebilir, böylece gen ekspresyonunun seviyesi değiştirilir. Bu teknik, belirli gelişme genlerinin ekspresyon seviyelerinin bitkinin ne kadar dallandığını belirlediği domateste gösterilmiştir. Orta derecede dallanma, çiçeklenme ve verimin artmasına neden olabilirken, çok fazla dallanma düşük doğurganlıkla ilişkilidir. Araştırmacılar, bu anahtar genlerin düzenleyici elemanlarındaki doğal ve gen tarafından düzenlenen mutasyonları birleştirerek, optimal bir dallanma seviyesi sağlayarak “dozajlarını” kontrol edebildiler.

Gen düzenleme ayrıca, mahsul evcilleştirmeyi “yeniden başlatarak” genetik çeşitliliği artıran yollarla üreme sürecini kökten yeniden düşünmek için fırsatlar sunar. Mahsul evcilleştirme, kendiliğinden meydana gelen genetik mutasyonların ve insanlar tarafından yapay seçilimin bir kombinasyonuna dayanır. Örneğin yabani pirinçte taneler, tohumu geniş çapta dağıtmak için parçalanır. Pirincin evcilleştirilmesi sırasında, erken tarım toplumları için yararlı olan ve bu nedenle ekim için seçilen, kırılmayan tahıllara neden olan bir mutasyon ortaya çıktı. Günümüzde pirinç yabani akrabaları, çeşitli büyüme ortamlarına uyum sağlamak gibi faydalı özellikler taşıyor, ancak taneleri hala parçalanıyor.

“De novo evcilleştirme”, mahsulün yabani akrabaları veya ihmal edilmiş mahsullerde evcilleştirmenin belirteçleri olduğu bilinen mutasyonları oluşturmak için gen düzenlemeyi kullanır. Bu, besin içeriği veya stres toleransı gibi bu bitkiler tarafından tutulan faydalı özellikleri geri kazanmak ve aynı zamanda parçalanmayan tahıllar gibi temel evcilleştirilmiş özellikleri mümkün kılmak amacıyla evcilleştirme sürecini “yeniden başlatır”. Teknik, domates, pirinç ve ihmal edilmiş ekin öğütülmüş kiraz dahil olmak üzere birçok bitki türünde zaten gösterilmiştir. De novo evcilleştirme için anahtar genlerin düzenlenmesi, genetik çeşitliliğin arttırılması için umut vaat ediyor, ancak ekime ulaşan mahsullerde bu süreci başarılı bir şekilde uygulamak, muhtemelen, düzenlenmiş bitkiler üretildikten sonra, mahsulleri belirli ekolojik ve kültürel bağlamlara uygun hale getirmek için sonraki ıslah da dahil olmak üzere daha fazla gelişme gerektirecektir.

Gen düzenleme yoluyla kromozom mühendisliği, genetik çeşitliliği artırmak için daha da fazla olanak sunar. Zararlı özelliklerin kromozom üzerindeki konumları nedeniyle istenen özelliklerle birlikte seyahat ettiği “bağlanma sürüklenmesi” olgusu, sıklıkla verimli geleneksel üremeyi engeller. Gen düzenleme yoluyla oluşturulan stratejik DNA kırılmaları, bu genetik bağlantıyı serbest bırakabilir ve faydalı genetik materyali olumsuz ilişkilerden kurtarabilen yeni kromozom düzenlemeleri üretebilir. Bilim adamları, rekombinasyon frekansını değiştirmek için kromozom bölgelerini tersine çevirmek için gen düzenlemeyi de kullanabilir. Tersine çevirme tasarımına bağlı olarak, yöntem ya yeni özellikleri keşfetmek için varyasyonu serbest bırakabilir ya da üreme devam ederken kaybolmamaları için istenen özellikleri kilitleyebilir.

Son bir örnek olarak, geçmişteki mutasyon yetiştiricilerinin emellerini gerçekleştiriyor gibi görünen bir yaklaşımda, gen düzenleme, belirli bir proteinin evrimini hızlandırmak için tasarlanmış bir teknik olan “yönlendirilmiş evrim” için bir araç olarak kullanılabilir. İlk olarak, bilim adamları, ilgilenilen gendeki olası her yeri hedefleyen CRISPR kitaplıkları oluşturur. Amaç, genin protein ürününün optimize edilmiş bir versiyonuna yol açan bir mutasyon bulma umuduyla gende rastgele varyasyon yaratmaktır. Gen düzenleme adımını gerçekleştirdikten sonra, mutantlar istenen gelişmiş fenotip için taranır.

Bitki doku kültürü darboğazının üstesinden gelmek gibi, bitkilerde verimli gen düzenlemesinin önündeki çeşitli teknik engeller devam etmektedir. Ancak yöntemler hızla ilerliyor. Bu teknolojiler, bilim insanlarının şu anda hayal ettiği gibi kullanılırsa, gen düzenleme nedeniyle gelecekte genetik çeşitlilikte bir artış olacağını tahmin etmek mantıklı olacaktır. Teknolojik potansiyel bugün mevcuttur – ve yine de, 1970’lerde ve 80’lerde rekombinant DNA tekniklerinin vaatlerini hatırlayarak, bu potansiyelin pratikte gerçekleştirilip gerçekleştirilemeyeceğini merak etmek için nedenler vardır.

İleriye bakmak: Laboratuvarın ötesinde katılım

Tarihsel olarak, ister devlet hükümetleri ister özel sektör tarafından finanse edilsin, profesyonel yetiştiricilerin elindeki bitki ıslahı, ürün çeşitliliğini daraltma yönünde bir eğilim göstermiştir. 20. yüzyıl tarihinin gösterdiği gibi, yeni biyoteknolojiler büyük genetik çeşitlilik vaat etseler bile başarılı olamadılar. Laboratuvar ve saha arasında, bu kadar çok şey vaat eden teknolojilerin nasıl yetersiz kaldığını açıklayan ne oldu?

Rekombinant DNA teknolojisi durumunda, bu soru sayısız çalışmanın ve çok tartışmanın konusu olmuştur. Biyolojik zorluklar, güçlü fikri mülkiyet korumaları, tohum endüstrisi özelleştirmesi ve konsolidasyonu, düzenleyici engeller, eylemci protesto, tüketici güvensizliği ve sınırlı kurumsal vizyonlar dahil (ancak bunlarla sınırlı olmayan) sorunların tümü, rekombinant teknolojiye dayalı olarak geliştirilen mahsul çeşitlerini kısıtlamada rol oynamıştır. Bu Deneme’nin amacı, dünyadaki farklı çiftçilik bağlamlarında transgenik mahsullerin karmaşık tarihsel yörüngelerini yeniden ziyaret etmek değildir. Bu tartışmayla ilgili olan şey, bu faktörlerin çoğunun -hepsi olmasa da- laboratuvarın ötesine geçtiği gözlemidir. Bu nedenle, gen düzenlemenin teknolojik ilerlemelerine ve mahsul genetik çeşitliliğini artırmak için açabilecekleri yollara rağmen, pek çok alanda temel değişiklikler olmadan hayal edilen olasılıkların gerçekleşmesinin olası olmadığını varsaymak mantıklıdır.

Mahsul genetik çeşitliliğini genişletmenin aciliyeti sadece 1970’lerden beri yoğunlaştığından, bu tür değişiklikleri savunmak için iyi bir neden var. Kuraklığa tolerans göstermekten zararlılarla mücadeleye ve sağlıklı beslenmeyi mümkün kılmaya kadar, mahsul genetik çeşitliliğini artırmak, iklim direncini sağlamak ve geçimlik tarımdan endüstriyel monokrop üretimine kadar birçok farklı çiftçilik bağlamında beslenme ihtiyaçlarını karşılamak için önemli bir stratejidir. Tüm çeşitlendirme stratejileri biyoteknolojiyi içermez ve biyoteknolojinin kullanımını kolaylaştırmak (gen düzenleme, rekombinant DNA veya henüz ortaya çıkacak diğer araçlar) diğer yöntemleri dışlamak zorunda değildir. Yakın vadede iklim değişikliği ve açlıkla aynı anda mücadele etmek, genetik çeşitliliği artırmak için çok çeşitli yaklaşımlar gerektirecek ve bazı bağlamlarda muhtemelen mahsul biyoteknolojisinin sorumlu kullanımını içerecektir.

Araştırma için finansal ve kurumsal kaynaklar çeşitlilik için mahsul gelişimini destekliyor mu? Acil ekonomik kazancı temsil etmeyebilecek projeleri desteklemek için finansman mevcut mu? Mahsul biyoteknolojisi düzenlemeleri, çeşitli özelliklerin gelişimini teşvik etmek için tasarlanmış mı? Çeşit kayıt gereklilikleri çeşitlerde genetik çeşitliliği teşvik ediyor mu? Çiftçiler yeni bir çeşidi nasıl yöneteceklerini biliyorlar mı? İşlemciler farklı bir ürünü işlemeye hazır mı? Tüketiciler, yeniden piyasaya sürülen “ihmal edilen” mahsullerden hazırlanan yiyecekleri yemeye hazır mı? Tüm bu endişeler, belirli bir topluluğun transgenik veya genetiği değiştirilmiş gıdaları yemeye istekli olup olmadığı gibi daha sık sorulan soruya ek olarak ortaya çıkmaktadır.

Bu hususları laboratuvarın “aşağı akışındaki” faktörler olarak görmek cezbedicidir. Yine de, proje finansmanından ticarileştirmeye, sosyal ve çevresel etkiye kadar uygulamalı araştırmanın tüm aşamalarıyla ayrılmaz bir şekilde bağlantılıdırlar. 2018 Avrupa Adalet Divanı’nın, genetiği değiştirilmiş ürünlerin Avrupa Birliği’nde sıkı bir şekilde düzenleneceğine dair kararını göz önünde bulundurun. Bu kararın yalnızca ticarileştirme için doğrudan etkileri olmakla kalmadı, aynı zamanda “bilimi sıkıştırması” da bekleniyordu uygulamada bu tür kısıtlamalara tabi olan araştırma ilerlemelerini finansal olarak desteklemeye olan ilginin azalması nedeniyle. Tartışmalı karardan sonra, Avrupa Komisyonu mevcut düzenlemelerinin hala uygun olup olmadığını belirlemek için bir dizi çalışma ve istişare başlattı ve Avrupa Birliği’nde gen düzenlemenin geleceği henüz kararsız kaldı.

Bu nedenle, çeşitlilik arttırıcı hatlarının tarlalarda geliştiğini görmeyi ümit eden mahsul biyoteknoloji uzmanları, laboratuvar duvarlarının ötesinde tartışmalara katılmaya hazır olmalıdır. İleriye dönük bir yol oluşturmak için araştırmacılar, acil küresel zorlukların üstesinden gelmek için mahsul genetik çeşitliliğini artırmak için sektörler arasında kritik farkındalığı artırabilir ve ortak desteği teşvik edebilir.

Bu çabanın bir kısmı, biyoteknolojinin bu dönüşümde nasıl anlamlı bir rol oynayabileceğini açıkça göstermeyi içerecektir. Ancak araştırmacıların yeni biyoteknolojilerin neler başarabileceğine dair iddiaları, teknik ve sosyopolitik olanın ayrılmazlığını açıklamalıdır. Sonuçların büyük ölçüde çiftçilerin, tüketicilerin ve politika yapıcıların beklentileri ve kararlarıyla şekillendiğini kabul etmeyen geçmişteki başarısızlıklar, ekin biyoteknolojisinin kabulünü etkilemeye devam eden kamu güveninin erozyona uğramasına yol açmıştır.

Araştırmacıların çabalarının istenen tarımsal dönüşümler üzerindeki etkilerini anlamalarını ve değerlendirmelerini sağlayan araçlar tasarlamak, farkındalığı artırmaya yardımcı olabilir. Bu çalışma, yerel ve bölgesel ekosistemleri, tercih edilen yetiştirme uygulamalarını ve farklı kültürel ihtiyaçları daha iyi anlamak için çeşitli çiftçi topluluklarıyla daha yakın ilişki kurmayı gerektirecektir. İklime dayanıklı tarımsal üretime geçiş, evrensel çözümler yerine bağlama özel müdahaleleri gerektirir.

Ekin genetik çeşitliliğini genişletmek için biyoteknolojiyi kullanmak, araştırmacıların, özellikle tohumların ticarileştirilmesiyle bağlantılı olanlar olmak üzere, bu tür bir genişlemeye karşı çalışan, ürün çeşitliliği geliştirme ve yayılımındaki birçok kavşağı anlamalarını gerektirecektir. Bu engellerin ele alınması, çiftçi tohum seçimi, tohum sertifikasyon süreçleri ve uluslararası fikri mülkiyet rejimleri gibi çeşitli konuların ele alınmasını içerecektir. Altyapı engellerini haritalamak ve farklı paydaşların genetik çeşitlendirmeyi kolaylaştırmak için yapabilecekleri eylemleri belirtmek için daha fazla disiplinler arası ve katılımcı araştırma çabalarıyla ilgilenmeyi ve geliştirmeyi gerektirecektir.

Profesyonel bitki ıslahı ile genetik çeşitliliğin azalması arasındaki uzun ilişkinin ve biyoteknolojik araçların daha yakın zamanda aynı kadere kısıtlanmasının üstesinden gelmek göz korkutucu bir zorluktur. Profesyonel yetiştiriciler tarafından üretilen ticari çeşitlere dayanan çiftçilik sistemleri, her zaman bir ölçekte genetik bir daralma görecektir. Ancak bu sistemlerde bile önemli darboğazların meydana geldiği noktaları ortadan kaldırmak veya azaltmak için fırsatlar vardır. Birçok bilim insanı ve araştırma kurumu şimdiden ileriye giden yolu açıyor. Birleşik Krallık’taki OpenPlant girişimi böyle bir programdır; açık erişimli bitki sentetik biyoloji araçları yaratmaya, inovasyonun önündeki engelleri ortadan kaldırmaya ve teknoloji transferi ihtiyacını uygulamalı araştırma dokusuna dahil etmeye çabalıyor.

Bu programın fikri mülkiyet korumalarını ve dolayısıyla bitki biyoteknolojilerinin önündeki ekonomik engelleri azaltmaya odaklanması, mahsul çeşitleri de dahil olmak üzere yeni teknolojilerde yer alan hedeflerin, tipik olarak teknik gelişme için ellerinden geleni yapanların hedeflerini yansıttığını kabul eder. 1960’ların Yeşil Devrimi’nden onu takip eden gen devrimine kadar yukarıda gözden geçirilen tarih, çok uluslu şirketlerin ve seçkin hayırseverlerin son 70 yılda mahsul gelişimini yönlendirmede nasıl büyük bir rol oynadığını ve bu yatırım modelinin henüz etkin olmadığını gösteriyor. çeşitliliği üretmeye ve hatta sürdürmeye elverişlidir. İleriye dönük olarak, ilgili ana aktörler ve belirledikleri öncelikler, mahsul biyoteknolojilerinin nasıl kullanıldığını ve nihayetinde çiftçilerin hangi mahsulleri yetiştirmeyi seçeceğini belirleyecektir.

Mahsul biyoteknolojisinin iddialı iklim ve beslenme hedeflerine ulaşılmasına yardımcı olması için şimdi harekete geçilmesi gerekiyor. Araştırmacılar, çiftçiler, endüstri liderleri, politika yapıcılar ve halk, tekdüzeliği genişleten kalıpları güçlendirmek yerine daha fazla ürün çeşitliliğini teşvik eden koşullar yaratmaktan sorumludur. Bu teknik ve sosyal çabalar, hızla değişen bir iklim karşısında sürdürülebilir ve adil tarım sistemlerini yönlendirmek için umut verici biyoteknoloji keşiflerinin etkin bir şekilde uygulanmasını sağlamak için gereklidir.


Bencil sentromerler ve insan üremesinin savurganlığı

Birçok insan embriyosu, anöploidi olarak bilinen bir fenomen olan kromozom fazlalığı veya eksikliği nedeniyle uteroda ölür; bu, büyük ölçüde maternal mayoz I sırasındaki ayrılmamanın bir sonucudur. Bu bölünmenin asimetrileri, onu kendi iletimlerini destekleyen bencil sentromerlere karşı savunmasız hale getirir, bunların bir şekilde anöploidi desteklediği düşünülür. Bu yazıda, bu güvenlik açıklarının muammanın yalnızca yarısının çözüm sağladığını öne sürüyorum. Memelilerde, utero ve doğum sonrası beslenme sürekli olduğu için erken ölümün maliyeti azaltılır. Böyle bir üreme telafisi ile, seçim bir sentromeri tercih edebilir, çünküöldürücü anöploidi indükler: eğer kutup gövdesine doğru alındığında anöploidi yoluyla embriyoyu öldürürse kazanır. Model, bir murin tahrik baskılayıcının azaltılmış dozajının anöploidiyi indüklediği gözlemiyle ve omurgalılarda yüksek anöploidi oranlarının yalnızca memelilerde görüldüğü gerçeğiyle tutarlıdır. Bu fikrin daha ileri testlerini öneriyorum. İnsan üremesinin savurganlığı, yavrularımızı beslemek için ödediğimiz bir bedel olabilir.

İnsan anöploidisinin evrimsel gizemi

İnsan üremesi , büyük ölçüde anöploidi nedeniyle “olağanüstü derecede müsriftir”. Muhtemelen oositlerin %70’inden fazlası anöploiddir ve preimplantasyon insan embriyolarının yaklaşık %30 ila %60’ı (bkz. Kutu 1 : Sözlük), büyük çoğunluğu bilinen bir hamilelik olmaksızın kendiliğinden düşük olur. Gebeliğin klinik olarak tanındığı durumlarda, yaklaşık %10 ila %20’si erken spontan düşükle sonuçlanır ve bunların %35’inden fazlası anöploidi nedeniyledir. Bu yüksek utero ölüm oranı nedeniyle, insan gebeliklerinin sadece %0.4’ü termde otozomal trizomi ile sonuçlanır (tüm monozomiler başarısız olur), bunlar Down sendromu (chr 21), Edwards sendromu (chr 18) ve Patau sendromu (chr 13) olarak ortaya çıkar ). Bu son 3 gebenin neredeyse tüm bilinen gebelik vakaları da uteroda (%49 ila %87) veya doğumdan kısa bir süre sonra, sütten kesilmeden önce ölür, trizomi 21 bir istisnadır, %84 ila %92 ile 1 yıllık sağkalım ile gelişmiş sağlık hizmeti. Sahra altı Afrika’daki hayatta kalma oranları, büyük ölçüde doğuştan kalp kusurları nedeniyle çok daha düşüktür. Bu nedenle anöploidi hem oldukça yaygındır hem de hemen hemen her zaman sütten kesim öncesi ölümle ilişkilidir. Evrimsel olarak konuşursak, bu kadar esrarengiz derecede yüksek anöploidi oranlarını ve buna bağlı erken ölüm oranlarını nasıl açıklayabiliriz?

Kutu 1: Sözlük

Aneuploid: anormal sayıda belirli kromozoma sahip olmak (örneğin, insanlar için normal 46 yerine 45 veya 47 kromozom). Tam kromozom setlerinin sayısında bir değişiklik olan poliploididen farklıdır.

Sentromerik tahrik: alternatif alellere sahip bir heterozigottaki embriyoların %50’sinden fazlasına iletilme kabiliyetine sahip, sentromerin alelik formu nedeniyle mendelian olmayan ayrışma.

Sitoplazmik erkek öldürücü: erkek yavruları öldüren, anneden geçen sitoplazmik faktör (genellikle bir hücre içi bakteri).

Euploid: İlgili türler için kanonik kromozom sayısına sahip olmak ( insanlar için N = 46).

Kinetokor: Milden mikrotübül polimerlerini bağlamak için sentromere monte edilmiş disk şeklinde bir protein yapısı.

Mayoz bölünme: diploid bir hücrenin haploid soy hücreleri (örneğin sperm veya yumurta) üretmek için bölündüğü süreç.

Monozomik: 1 belirli kromozomun 1 kopyasının eksik olduğu anöploid birey. Haploidi ile karıştırılmaması için 1 tam kromozom seti.

Ayrılmama: mayoz bölünme yoluyla aneuploid gametlere (yani belirli bir kromozomun kazanılması veya kaybedilmesi) yol açan yanlış kromozom çeşitliliği süreci.

Kutupsal cisim: üreme geleceği olmayan bir mayotik ayrışma olayının küçük bir ürünü.

Mahkumların ikilemi: işbirliğinin evriminin koşullarını anlamak için kullanılan bir “oyuncak” oyunu teorik modeli. Birbirleriyle iletişim kuramayan iki mahpusa işbirliği yapma seçeneği (kimin suç işlediğini söylemeden) verilir, bu durumda her ikisi de ödül R alır, ikisi de birbirine ihanet eder, bu durumda ikisi de ceza karşılığı alır. P , ya da birine ihanet eden biri değil. İşbirlikçi daha sonra S (enayi getirisi) alırken, kaçan taraf ayartma getirisi T alır. Oyun spesifikasyonu T>R>P>S gerektirir.

Üreme tazminatı: yavruların ölümünün ebeveyn tasarruflarıyla (zaman veya kaynaklarda) ilişkilendirildiği ve yaşayabilir yavrulara yeniden yatırım yapılmasını sağlayan herhangi bir süreç.

Bencil genetik unsur: Bir popülasyonda sıklığı deterministik olarak artabilen ve aynı zamanda zararlı olabilen, yalnızca dikey aktarıma sahip herhangi bir alel. Ayrıca genomik parazitler, genomik dönekler, bencil unsurlar vb. olarak da adlandırılır.

Trisomik: 1 belirli kromozomun 3 kopyasına sahip anöploid birey. Triploidi ile karıştırılmaması gereken, 3 tam kromozom seti.

Maternal mayoz I ve sentromerler söz konusudur

Olası bir ipucu, ayrılmamanın kökenindeki önyargılardan gelir. Spermde anöploidi oranı sadece %1 ila %4 iken, maternal mayozda oran %30 ila %70’tir, bunlar çoğunlukla mayoz I’de meydana gelir. Erken embriyonik mayoz I hatalarının yüksek sayıları, örneğin mayoz I anöploidisinin yok denecek kadar az olduğu mayada ( Saccharomyces cerevisiae ) görülenlerle çelişir.

Ek olarak, çok sayıda kanıt dizisi, mayoz I anöploidisinde sentromerleri içerir: Sentromerik uyum, anne yaşı anöploidi etkilerini, mayoz 1 kinetokor kararsızlığı, sentromerik iğ düzeneği sorunlarına neden olur, doğrudan anöploidiye yol açar ve sentromerik bağlayıcı proteinlerin dozajı aracılık eder farelerde anöploidi indüksiyonu.

Maternal mayoz I’in (MMI) yapısı öyledir ki, heterozigotlarda bulaşma hızını artıran ve böylece bir popülasyonda kolayca yayılan mutant bir sentromer kolayca ortaya çıkabilir. Daha sonra bu tür bencil mutantların bir şekilde anöploidi ile ilişkili olabileceği öne sürülmüştür, ancak eşleşme tipik olarak belirsizdir. Burada, MMI savunmasızlığının çözümün sadece yarısı olabileceğini öne sürüyorum: MMI’nin yapısı sayesinde, hem anöploidi ile sonuçlanan bir mutant sentromer kolayca ortaya çıkabilir ve üreme kompanzasyonu olan bir türde, öldürücü anöploidiye neden olduğu için kolayca istila edebilir. Uzun süreli ebeveyn bakımımız göz önüne alındığında, gerçekten de eğilimli olabiliriz. Burada, argümanı ortaya koyuyorum, hangi kanıtların mevcut olduğunu gözden geçiriyorum, ancak daha da önemlisi, fikri test etmek için olası takip çalışmaları öneriyorum. Bu 2 güvenlik açığının, üreme telafisinin ve MMI anatomisinin doğasını ortaya koyarak başlıyorum.

Üreme tazminatı nedir ve neden memeliler özellikle etkilenir?

Bir kuluçkada birden fazla embriyo bulunan bir memelide, biri ölürse, hayatta kalan nesil kaynaklar için daha az rekabete sahiptir ve bu nedenle daha zinde hale gelebilir. Bu anlamda, embriyonun ölümü, hayatta kalanların artan zindeliği yoluyla kısmen telafi edilir, öyle ki, azalan kuluçka boyutu, daha büyük ortalama döl boyutu ile ilişkilendirilir. Sonraki kuluçkalara yatırım veya bir sonraki üreme çabasına kadar geçen süre de etkilenebilir. Hamilelik başına sadece 1 konseptus olduğunda (örneğin, genellikle insanlarda) ve bu öldüğünde, hem bir sonraki döle verilebilecek bir kaynak tasarrufu olur hem de bir sonraki üreme çabası için çok daha kısa bir zaman olur. Ölüm veya kısırlık meydana gelecekse, seçim bu telafiyi en üst düzeye çıkarmak için mümkün olan en erken rahim içi ölüm oranını tercih edebilir.

İnsan eşleştirme verileri, kuluçka içi etkilerin bazılarının büyüklüğünün geniş bir tahminini sağlar. İnsan singletonları ikizlerden yaklaşık %40 daha ağırdır (3.296 g’a karşı 2.336 g). Böylece, her şeyin eşit olduğunu varsayarsak, 1 embriyonun erken öldüğü bir ikiz gebelik, olması gereken yatırımın yaklaşık %70’ini gerçekleştirir, hiçbir tazminat olmadan beklenen %50’yi değil. Hayatta kalma-ağırlık eğrilerinden, singletonun ağırlığındaki bu %40’lık artış, singleton’un göreli uygunluğunda yaklaşık %10’luk bir artışa eşittir. Hem uygunluk hem de kaynak açısından, ikizin ölümü kısmen telafi edilir.

Daha da önemlisi, bu memeli tedariki süreklidir, yani bir embriyo ölürse yatırım kısıtlanır ve yeniden yönlendirilebilir. Tüm türler arasında, rahim içi bakım ve doğum sonrası sütten kesme ile memeliler, üreme telafisi için en büyük potansiyele sahiptir. Memelilere zıt kutup, yumurtaların dışarıdan döllendiği ve hemen büyük bir su kütlesine bırakıldığı balıklardır (yani, ebeveyn bakımı yok, genç balıklar arasında kaynak rekabeti yok). Buradaki embriyo ölümünün şimdiki veya gelecekteki yavrular üzerinde hiçbir etkisi yoktur. Kuşlar, memelilerden daha çok balığa benzerler, çünkü tüm masrafları anne sağlar öndeki yumurta (sarısı, vb.) kaynakları. Kuşlar ayrıca daha büyük bir kuluçkanın parçası olarak veya tek başına yenilmez yumurtaları kuluçkaya yatıracaktır ve kuluçka, üremenin önemli bir maliyetidir. Bu nedenle, yumurta içi ölüm, zamanla (yumurtanın üzerine oturmak) veya kaynaklarla (yumurta içi embriyo sağlama) ilişkili maliyetlerden tasarruf sağlamaz. Bununla birlikte, yumurtadan çıkış sonrası ebeveyn bakım çabası azaltılabileceğinden veya azaltılmış kardeş rekabetinden fayda sağlanabileceğinden, embriyonik ölüm, kuşlarda bir dereceye kadar telafi edilecektir. Gerçekten de, bazı türlerde bazı civcivler ancak bir diğeri ölürse hayatta kalabilir.

Memeli tazminatının, anöploidiyi indükleyen bencil sentromerlere karşı bizi savunmasız bıraktığını öne sürüyorum, çünkü bencil sentromer bir alıcı olduğu için kaynakların bu yeniden yönlendirilmesini sağlıyorlar.

Maternal mayoz I’in yapısı bencil sentromerlere karşı savunmasızdır

Diğer güvenlik açığı ise MMI’nin yapısından kaynaklanmaktadır. MMI olağandışıdır çünkü 3 açıdan asimetriktir: kader, akrabalık ve büyüklük (Şekil 1). İlk bölümün 2 ürününden sadece birinin geleceği (yumurta), diğeri (kutup gövdesi) iletim çıkmazıdır. Aynısı, tüm mayoz ürünlerinin (sperm) canlı olduğu erkek mayozda doğru değildir. Bu kader asimetrisi, yumurtaya dahil edilecek ilişkisiz homolog kromozomlar arasındaki rekabete zemin hazırlar. Önemli olarak, ilk bölüm, ilgisiz anne ve babadan türetilmiş sentromerleri ayırır. Bu ilişki eksikliği, sentromerlerin geçişi olmadığı için geçerlidir (ve bir aşırı üreme geçmişi olduğunu varsayar). Bu nedenle, santromerler arasındaki evrimsel rekabet, MMI ayrımında beklenir, ancak MMII ayrımında beklenmez. Boyut asimetrisi (küçük bir kutup gövdesi ve büyük bir yumurta), bölünme meydana geldiğinde iş milinin yumurtanın çevresine daha yakın hareket etmesini gerektirir. Bu, önceki 2 asimetrinin kullanılmasını sağlayabilir.

Şekil 1. Maternal mayoz I’in 3 asimetrisi.
Burada 23 çift kromozomumuzdan sadece birini ele alıyoruz. Anne veya babadan miras alınan her kromozom, kırmızı veya mavi renktedir. Mayoz I’in ilk adımı, her bir kromozomu çoğaltmak, sentromerde sıkıştırılmış X şeklinde bir yapı oluşturmaktır (kromozomların sıkışma noktasında daire). Mayoz bölünmeden sonra, kromozom kolları değişerek maviden kırmızıya bir değişime neden olur. Soldaki şekildeki kromozomlar bu aşamada görülmektedir. Bununla birlikte, sentromerde çaprazlama olmadan, mayoz I sırasında ayrılma, her zaman ilişkisiz anne ve baba sentromerlerini ayırır (ilişki asimetrisi). Sentromerler, ilgili kromozomu 2 yönden 1’inde çeken iğ mikrotübüllerine (turuncu çizgi) bağlanır. Burada, sentromerler ve ilişkili kinetokordlar, kromozom başına 1 varlık olarak gösterilir. Gerçekte, aynı kromozom üzerinde eş yönlü olma eğiliminde olan 2 tane vardır. Bir sentromer küçük kutup gövdesine sürüklenecek, bunun üreme geleceği yok (bir kutu ile gösterilmiştir), diğeri yumurta direğine, bu daha sonra mayoz II’ye giriyor ve bir geleceği var. Bu kader asimetrisidir. Kutup gövdesinin yumurtaya göre küçük olması bir boyut asimetrisi yaratır. Kromozomlar mayotik plaka (noktalı dikey çizgi) boyunca hizalanır. Boyut asimetrisi nedeniyle, bu genellikle kutup gövdesinin görüneceği yerde bulunur. Bu, santromerlerin, yumurta boyunca uzanan gradyanlar nedeniyle, hangi direğe sürüklendikleri konusunda prensipte bilgi edinebilmelerinde bir güvenlik açığı yaratır. bunun üreme geleceği yok (bir çöp kutusu ile gösterilmiştir), diğeri yumurta direğine, bu daha sonra mayoz II’ye giriyor ve bir geleceğe sahip. Bu kader asimetrisidir. Kutup gövdesinin yumurtaya göre küçük olması bir boyut asimetrisi yaratır. Kromozomlar mayotik plaka (noktalı dikey çizgi) boyunca hizalanır. Boyut asimetrisi nedeniyle, bu genellikle kutup gövdesinin görüneceği yerde bulunur. Bu, santromerlerin, yumurta boyunca uzanan gradyanlar nedeniyle, hangi direğe sürüklendikleri konusunda prensipte bilgi edinebilmelerinde bir güvenlik açığı yaratır. bunun üreme geleceği yok (bir çöp kutusu ile gösterilmiştir), diğeri yumurta direğine, bu daha sonra mayoz II’ye giriyor ve bir geleceğe sahip. Bu kader asimetrisidir. Kutup gövdesinin yumurtaya göre küçük olması bir boyut asimetrisi yaratır. Kromozomlar mayotik plaka (noktalı dikey çizgi) boyunca hizalanır. Boyut asimetrisi nedeniyle, bu genellikle kutup gövdesinin görüneceği yerde bulunur. Bu, santromerlerin, yumurta boyunca uzanan gradyanlar nedeniyle, hangi direğe sürüklendikleri konusunda prensipte bilgi edinebilmelerinde bir güvenlik açığı yaratır. Kromozomlar mayotik plaka (noktalı dikey çizgi) boyunca hizalanır. Boyut asimetrisi nedeniyle, bu genellikle kutup gövdesinin görüneceği yerde bulunur. Bu, santromerlerin, yumurta boyunca uzanan gradyanlar nedeniyle, hangi direğe sürüklendikleri konusunda prensipte bilgi edinebilmelerinde bir güvenlik açığı yaratır. Kromozomlar mayotik plaka (noktalı dikey çizgi) boyunca hizalanır. Boyut asimetrisi nedeniyle, bu genellikle kutup gövdesinin görüneceği yerde bulunur. Bu, santromerlerin, yumurta boyunca uzanan gradyanlar nedeniyle, hangi direğe sürüklendikleri konusunda prensipte bilgi edinebilmelerinde bir güvenlik açığı yaratır.

Trizomi/anöploidi muamması için evrimsel argümanlar (örtük olarak veya açıkça), bu asimetriler nedeniyle MMI (sadece memelilerde değil, tüm türlerde) fikrine odaklanmıştır. özellikle santromerik sürücüye karşı hassastır ve bir şekilde, bu tür bir sürücü anöploidi ile ilgilidir. Sentromerik tahrik, bir santromerin, ilişkisiz rakibin santromerinden ziyade kutup gövdesinden ziyade yumurtaya daha yaygın olarak dahil edildiği bir süreçtir. Sentromerler, her ikisi de mayoz I ve fırsatta ilişki eksikliğini garanti ettikleri için bu tür bir sürüş için sıcak noktalardır. Örneğin, sentromerik tahrik, sentromerik uydu dizisinin genişlemesinin bir sonucu olabilir, bu da homolog kromozom üzerindeki karşılığına göre daha fazla CenH3 nükleozomu çekme kabiliyeti kazanır. Bu tür daha fazla nükleozom, tercihen yumurta direği mikrotübüllerini yakalayan “daha güçlü” bir kinetokor ile sonuçlanır. Bazı sentromerik tahrik sistemleri koşullu davranış kullanır: Bir sentromer kutup gövdesine sürükleniyorsa, bu sentromer “dönebilir”, yani kendisini polar gövdeye yönelik mikrotübüllerden ayırabilir ve yumurtaya götürülmek üzere yönlendirilmeye çalışabilir. Flipping olayları, kortikal (polar gövde) tarafından daha büyük sentromerleri ayırmak ve ardından yumurta tarafına doğru yeniden yönlendirmek için güçlü bir şekilde eğilimlidir (%81 ). Böyle bir davranış, kromozomların hangi kutba yöneldiklerini “bilebileceği” bir “bilgi” kaynağı gerektirir. Oosit korteksinden gelen sinyal, tübülinin translasyon sonrası modifikasyonunda asimetriye, tirozinasyona yol açarak kutuplar arasında bir asimetriye neden olur.

Centromerik sürücü, soyda Mendel oranlarından bir sapmaya neden olur. Sınırda, bir santromer (D), Dd dişilerinde vahşi tipe (d) karşı hareket ettiğinde, aksi takdirde 50:50 oranları olacakken tüm haploid yumurtalar D’ dir. Bu bozulma nedeniyle, zararlı bir sürüş santromeri bile, nadir olduğunda, bir popülasyonda frekansı kolayca artırabilir. Böyle hızlı istila, sentromerler etrafındaki varyasyonu azaltacaktır. İnsanlarda bunun kanıtı vardır ve civarda genlerin yokluğu göz önüne alındığında, bencil merkezcil dürtü olası bir açıklama olarak kabul edilir.

Centromerik sürücülerin maliyetli olduğu ve dolayısıyla bencil bir genetik öğe sınıfı olduğu varsayılır. Eğer öyleyse, maliyetleri düşürmek için istila nöbetleri ve ardından bastırma bekleyebiliriz. Örneğin, Cen3H’nin çekiciliği sürüşü mümkün kılabilir, aynı şekilde CenH3’ün uyarlanabilir evrimi her türlü zararlı etkiye karşı koyar. Centromerik etkileşimli Bub1, fare hibrit modelinde bir sürücü baskılayıcıdır. Beklenen antagonist birlikte evrimle uyumlu olarak, dürtü ve baskılayıcı unsurlar hızla gelişiyor.

Birleştirme santromerik sürücü ve anöploidi

Axelrod ve Hamilton, tahriki anöploidi ile birleştiren üç evrimsel modelden ilkini önerdi. Tutuklunun İkilemi oyununda iki kişinin işbirliği yapması gerektiği gibi daha genel bir soruna yaklaştılar. Oyun, iki bireyin (mevcut durumda sentromerler) ya işbirliği yapmasına ya da hata yapmasına izin verir (Kutu 1). İşbirliğinin kalıcılığının gelecekteki etkileşimler için bir potansiyel gerektirdiğini buldular (yineleme) “Adil” (mendel) ayrımı, kromozomlar arasındaki işbirliğinin bir sonucu olarak düşündüler. Menopoz yaklaştıkça, dolayısıyla yinelemenin sonu geldikçe, kusur (sürücü) eğiliminin artacağını öne sürdüler. Bununla birlikte, dürtü ve trizomi arasındaki bir eşleşmenin mantığı belirsizdi ve “yavruda fazladan bir kromozomun ara sıra sonuç olabileceği” iddia edildi. Eğer öyleyse, onların modeli potansiyel olarak Down sendromunun ve daha genel olarak trizomilerin anneler daha yaşlı olduğunda neden daha yaygın olduğunu açıklayabilir.

Bu modelin mantığı, insan menopozunun yinelemelere sabit bir son vermeye zorladığı için, kararlı çözümün her zaman kusur/sürdürmek olduğunu belirten Day ve Taylor tarafından sorgulandı. Modifiye edilmiş modelleri ayrıca trizomi’nin tesadüfi bir yan ürün olduğunu ve daha güçlü sürüşün artan trizomi gerektirdiğini varsayar. Daha güçlü dürtü aynı zamanda artan kadın ölüm oranı ile ilişkiliyse, o zaman yaşla birlikte artan trizomi oranları tahmin edilmektedir.

Zwick ve meslektaşları bu modeli hem kromozom kaybı olaylarını hem de ayrılmama oranındaki kalıtsal varyasyonu açıklamadaki başarısızlığı nedeniyle eleştirdiler. Model ayrıca, daha güçlü sürücünün daha düşük dişi canlılığı ile sonuçlandığı geçici varsayımı nedeniyle eleştirilebilir. Gerçekten de, eleştiriler, polimorfizmden bağımsız bir denge elde etmek için modelin bu geçici varsayımı yapması gerektiği konusunda birleştirilmiştir. Bunun yerine, Zwick ve meslektaşları “kadına özgü ayrılmama durumunun mayotik dürtüye karşı zararlı bir etki olarak hareket ettiği” bir model önermektedir. Ayrıca, karmaşık dinamiklere yol açan birden fazla sürücü ve bastırıcı olasılığını da not ederler. Bu tür karmaşık dinamikler, sentromerlerin hızlı evrimi ve onların baskılayıcı unsurlarıyla tutarlıdır.

Üreme telafisi varsa, anöploidi bencil bir santromer için faydalı olabilir.

Yukarıdaki modeller ya anöploidinin bir şekilde dürtünün tesadüfi bir yan ürünü olduğunu ya da muhtemelen baskılayıcı olduğunu öne sürer. Asimetrik mayoz bölünmeli tüm türlerin dişilerinin, sentromerik sürücüye karşı savunmasız olması ve dolayısıyla bu tür tüm dişilerin anöploidiye karşı savunmasız olması bu modellerin doğasıdır. Burada, aksine, üreme telafisi varsa, anöploidi indüklemenin bencil bir sentromerin en iyi “çıkarları” olabileceğini öne sürüyorum. Anöploidi daha sonra özellikle üreme telafisi olan türlerde asimetrik dişi mayoz ile ilişkilendirilmelidir.

Bencil sentromerler için hangi direğe doğru gittiği konusunda bilgi sahibi olmanın sonucunu düşünün (bkz. koşullu çevirme). Vahşi tipteki sentromerin hiçbir şekilde bozulmadığını varsayıyoruz. Şimdi kendinizi nadir görülen (popülasyonda) anöploid indükleyen bir sentromerin yerine koyun. Bu başlangıçta bir heterozigotta bulunur. Zamanın yarısında, yeni sentromer şans eseri yumurta direğine götürülecektir. Kazanır. Zamanın diğer yarısında, sentromer kutup gövdesine doğru alınır (Şekil 1). Bencil sentromer bunu bir kez “bildiğinde” kaybedecek bir şeyi kalmaz: Ne yaparsa yapsın kutupsal bedende yok olmaktan daha kötü olamaz. Sentromer şimdi milden ayrılırsa ve yumurta direğine yeniden bağlanırsa, bir triploid oluşturabilir. Zaten canlı yumurtada olmayacağı için hiçbir şey kaybetmedi. Daha da önemlisi, eğer embriyonun anöploidi kaynaklı yıkımı üreme telafisi ile ilişkiliyse, bencil sentromer evrimsel olarak tekrar kazanır. İnsanlarda örneğin anne hemen yeniden üreyebilir. Daha sonra sentromer, bir sonraki üreme olayında aktarılma şansı 50:50’dir (hiçbir şey yapmazsa sıfır şansın aksine). Alternatif olarak, farelerde olduğu gibi, kaynaklar orantısız bir şekilde bencil santromerin taşıyıcıları olacak hayatta kalan yavru kardeşlere yeniden dağıtılabilir. Kazanan embriyoyu öldüren sentromerin kendisi değil -ölü bir embriyo/oosit içindedir- daha çok sonraki üreme çabalarında veya aynı kuluçkadaki klonal özdeş akrabalarıdır, bu intraklonal akraba seçimidir.

Tahmini memeli üreme telafisi seviyeleriyle (örneğin, %10 uygunluk artışı), koşullu anöploidi indükleyen bir santromer için istila koşulları geniştir. Anöploidi ile ilişkili kompanzasyon, aynı zamanda “çevirme” stratejisinin seçici avantajının bir parçası olabilir. Bencil bir santromeri çevirmek, basit ayrışma bozulmasına neden olabilir (yumurta direğine ve diğer santromer kutup gövdesine gider) veya her ikisi de yumurtada olabilir. Üreme tazminatı varsa, her iki şekilde de kazanır.

Önceki bazı sürücü anöploidi modellerine yönelik bir eleştiri, bunların kromozom kaybı olaylarıyla tutarsız olmalarıdır. Mevcut öneri için, uygunluk sonuçları açısından, embriyo ölümünün kromozom kazancı veya kaybı yoluyla olup olmadığı önemsizdir. Başka bir deyişle, bencil bir sentromer “kutup cismine gideceksem, diğer kromozomu da yanıma alarak embriyoyu zehirleyeceğim” (yani monozomi) stratejisinden ve “eğer kutup cismine gideceksem” stratejisinden faydalanacaktır. kutup gövdesi, embriyonun içinde kalacağım ve onu zehirleyeceğim” (yani trizomi). Benzer şekilde, bazen kromozom kaybı veya kazanımı ile de ilişkili olan bir sürücü sentromer, türün üreme telafisine sahip olduğu sürece, her iki durumda da embriyonik ölümden seçici olarak kazanç sağlayacaktır. Bu nedenle model, kromozom kaybı olaylarıyla tutarsız değildir.

Kromozom kaybının kromozom kazanım olaylarına (oositlerde) beklenen oranının tahmini, büyük ölçüde mekanik kaygılara bağlıdır. Mekanik olarak, insan anöploidi anormal kinetokor-mikrotübül etkileşimlerinden kaynaklanmaktadır. İnsan kinetokor çiftleri (sentromer başına 1 çift), aynı kromozom üzerinde ise tipik olarak eş yönlü olmalarına rağmen, erken mayoz I’de rutin olarak her iki kutba da bağlanır. Ekler anafaz 1 (merotelik bağlanma) tarafından çözülmediğinde, sonuç anöploididir. İğ instabilitesinin nadir olduğu farelerde mekanik ayrıntılar farklıdır. Mayoz I’de 5 anöploidi hatası sınıfı vardır (Şekil 2 ). 20.000 insan oositindeki bazı kısa kromozomların (13, 16, 18, 21 ve 22) analizi, her iki kromozom setinin de kutup gövdesine (0:4 segregasyon, nullizomi) gittiğini gösterir (hataların %1,1’i) (Şekil 2 , sınıf 1) daha ileri çalışmalar hiçbir örnek bulamamıştır. Buna karşılık, her iki kromozom çifti (4:0, sınıf 2, %5,2) veya tam bir kromozom ve bir kromatid (3:1, sınıf 3, %46,7) mayoz I sonrasında oositte alıkonulur. Oosit veya kompleks olaylarda (sınıf 5, %21,5) 1 kromatidin tutulması (1:3, sınıf 4, %25,5) hataların geri kalanını oluşturur. Daha büyük kromozomların analizinde, 3:1 ila 4:0 olayların oranı, 4:0 olaylara kuvvetle çarpıktır, ancak her durumda simetrik olaylar (3:1 ayetler 1:3, 4:0’a karşı 0:4) oosit birleşmesine (yani, 4:0 >> 0:4, 3:1 > 1:) çarpıktır. 3).

Şekil 2. 20.000 insan oositinde nispi mayoz I hatası oranları. Gösterilen yüzdeler, her bir hata türü olan tüm hataların yüzdeleridir. 
Eksik sınıf 5, karmaşık hatalar (%21,5).

Mevcut modelin, simetrik olayların oosit dahil edilmesine yönelik bu önyargı için ek (tamamen mekanik konuların ötesinde) bir gerekçe sağlayabileceğini tahmin ediyorum. Evrimsel bir bakış açısından, süreç simetrik değildir: Tercihen polar gövde mikrotübüllerine bağlı olan kinetokordların bunlardan ayrılmaları için daha büyük bir “teşvik” vardır. Polar gövde mikrotübüllerinden bu tür koşullu ayrılma, muhtemelen bu kinetokorların yumurta direğine bağlanmasına yol açacaktır ve yumurta direği eklerine geçici bir önyargı oluşturmak (4:0). Bunlar, anafaz I çözünürlüğü zamanında gerçekleşmediyse 4:0 veya 3:1 veya 2:2 (ya bir çevirme ya da başarısız çevirme) olarak kolayca çözülebilir. 1:3’lük bir olay, ilk durumda mikrotübül salınımını değiştirmek veya tamamlamamak için 4 kinetokordan 3’ünü gerektirecektir. En az olası olanı, polar vücut mikrotübüllerini serbest bıraktıktan sonra, her iki kinetokor seti de yumurta direği ekini düşürür ve 0:4 bağlanmaya neden olur. Kutupsal cisim önyargılı olaylara (0:4, 1:3) ilişkin diğer açıklamalar, yumurta bağlandığında hatalı bir şekilde ters dönmeye çalışan bencil bir santromeri içerir. Tüm formların seçimi bu hatayı en aza indirmelidir. Yukarıdaki model, polar vücut mikrotübül eklerinin erken salınımını öngörür.

Bencil anöploidi indükleyen sentromerin bu mantığı önceliğe sahiptir. Böceklerde görülen sitoplazmik erkek katillerin istilası teorisine benzerlik gösterir. Burada sitoplazmik faktörler, aynı zamanda, klonal akrabaları olan ve çıkmaz olmayanları (dişilerde aynı sitoplazmik faktör) öldürerek ve kaynak dağılımına izin vererek, genetik bir çıkmazda (erkek) olmakla şartlı olarak etki eder. Örneğin erkeklerin ölümü, kaynaklar için rekabeti azaltabilir veya yamyam uğur böcekleri için ilk yemeği sağlayabilir. İlgili etkiler çiçekli bitkilerde görülebilir. Burada diploid bir ana hücre, sadece biri fonksiyonel (germinal) yumurta olan 4 ürün üretir. Seleksiyon, somatik sporlarda ifade edilen ve diğer ovüllere fayda sağlıyorsa, kardeş germinal ovülün gelişimine müdahale eden alelleri tercih edebilir. Her iki durumda da, aleller tarafından daha sonra tazminat yoluyla klonal akrabalara fayda sağlayan koşullu davranış gerekir.

Bub1 dozaj etkileri bencil centromerik anöploidi modeliyle tutarlıdır

Anöploidi indükleyen bir sentromer invazyonundan sonra, anöploidi indüksiyonunun baskılayıcıları için seçim yapılması muhtemeldir. İnvazyon, centromerik aneuploid indükleyen homozigotların uygunluğuna bağlı olarak fiksasyona veya iç dengeye yol açabilir. Bencil sentromer, heterozigotta olduğu gibi aynı oranda anöploidi indüklerse ve daha fazla uygunluk maliyetine maruz kalırsa, istila mümkünse, bir iç denge bulunacaktır. Bir iç denge varsa, baskılayıcı alellerin istilası neredeyse kaçınılmazdır. Bencil aleller fiksasyona doğru geçse bile, bencil alel polimorfik kalırken bağlantısız baskılayıcı aleller tercih edilebilir. Bir kez sabitlendikten sonra, maliyetleri azaltan bir seçim yapılabilir.

Güçlü bir aday baskılayıcı lokusu Bub1’dir. Bub1 proteini, daha mitotik sentromer ile ilişkili kinesis (MCAK) ile sentromerler üzerinde zenginleştirilmiştir ve Bub1 ekseni, bencil sürüş sentromerlerinin bilinen bir modülatörüdür. Önemli olarak, bir heterozigot Bub1 mutasyonu (Bub1 dozunu azaltan) farelerin oositlerinde (sperm değil) anöploidiye neden olur. Öngörülen türde anöploidi indükleyen sentromerin baskılanmasından salıverilmeyle tutarlı olarak, embriyoların yarısı anöploidi tarafından öldürülür. Tutarlılık, kullanılan suş B6C3F1 olduğu için büyük olasılıkla sentromerik heterozigotluğu varsayar, suşlar arası bir melezdir. Daha dolaylı olarak, ancak böyle bir etkiyle tutarlı olarak, BUB1 seviyeleri yaşla birlikte azalır (NB bu tek anne yaşı etki mekanizması değildir.

Bencil anöploidi ve anne yaşı etkileri

BUB1’in yaşla birlikte azalması potansiyel olarak önemlidir, çünkü yaşla birlikte artan bir trizomi oranı vardır. İnsanlarda, mayoz I anöploidi hızı, yaklaşık 35 yaşında hızlanan hızlara doğru bir bükülme gösterir. Bundan önce, yaşla birlikte artış nispeten sığdır. Outbred Swiss CD1 farelerinde, yaşla birlikte artan bir oran vardır, ancak yumurtalarda anöploidi oranlarında belirgin bir bükülme yoktur, bununla birlikte veriler daha sınırlıdır (ve vahşi doğada ne olduğu bilinmemektedir).

Evrimsel olarak konuşursak, bu artan oranlar genel olarak klasik yaşlanma teorisi, yani gençler üzerinde daha etkili seçilim ile açıklanabilir. Bununla birlikte, anöploidi neden erkek yaş etkisi göstermez (ancak anöploid olmayan kromozomal anormalliklerle ilgili olarak o kadar şeffaf değildir. Yaş bağımlılığı için ek (tamamlayıcı) veya daha spesifik bir model için temel sağlayan bencil MMI merkezcil anöploidi hakkında tuhaf bir şey olabilir mi? Yaşla birlikte bencil santromerik anöploidi baskılayıcıları için seçimin zayıflaması, benzer nedenlerle tüm özelliklerde yaşla birlikte daha zayıf seçim olması, bir olasılıktır. BUB1’in yaşla azalan seviyeleri tutarlıdır, ancak benzersiz değildir. Yaş etkisinin çoğunlukla sentromerik kohezyondaki değişikliklerden kaynaklanması benzer şekilde tutarlıdır, ancak benzersiz değildir.

Farelerin ve insanların yaşa bağlı farklı eğilimler gösterebilmesi başlı başına merak uyandırıcı ve daha fazla araştırmayı garanti ediyor. Mevcut bağlamda, insanlar tekil doğum yapma eğiliminde olduğundan ve farelerin kuluçka başına birden fazla yavruya sahip olması nedeniyle, tazminat şeklinin de farklı olmasını bekliyoruz. Farelerde, kaynakların hayatta kalan nesillere yeniden dağıtılması yoluyla tazminatın hemen olmasını bekliyoruz. İnsanlarda, modun kaynaklardan tasarruf edilmesini ve bir sonraki üreme çabasına daha hızlı zaman ayırmasını bekliyoruz.

O zaman insanlarda, bebeğin doğum ağırlığı yaşa göre değiştiğinden, artan anöploidi oranlarının bükülme noktasıyla yaklaşık olarak aynı anne yaşında, yani 35 ila 36 arasında bir zirve ile, üreme tazminatının kapsamının anne yaşı ile değişmesini de bekleriz. Daha yüksek doğum ağırlığının (normal sınırlar içinde) genellikle daha yüksek uygunluk anlamına geldiği varsayıldığında, yaşla birlikte doğum ağırlıklarının profili, yaşlı annelerde bencil anöploidi ile ölüm için daha güçlü bir seçim olabileceği şekildedir. Bunun nedeni, yaşlı annelerde üreme gecikmesinin (yani, anöploidi indüksiyonunun olmaması) bir sonraki gebelikte (yaklaşık 4 yıl sonra) azalan embriyonik yatırımla ilişkili olmasıdır. Geleceğe yatırımın daha fazla olduğu genç annelerde dengeler tersine kayar. Diğer yaş etkilerini içeren karmaşık bir demografik model (örneğin, daha erken üreme, özünde daha hızlı bir üreme oranı anlamına gelir, vb.) değerli bir devam eden teorik analiz olacaktır. Bu tür herhangi bir modelin, insanlarda yaşla birlikte çift yumurtlama oranının arttığını, ayrıca annenin 30’lu yaşların ortalarında zirveye ulaştığını, muhtemelen embriyonik canlılıkta yaşa bağlı azalmaların maliyetlerini azaltmanın bir yolu olarak hesaba katması gerekir. Çift yumurtlama, iki embriyodan birinin yaşama şansını arttırır, böylece üreme telafisi modunu değiştirerek onu daha çok murin olana benzer hale getirir. Daha genel olarak, farklı üreme telafisi modlarını karşılaştıran modeller özellikle bilgilendirici olabilir.

Omurgalılar arasında, yüksek anöploidi oranları yalnızca yüksek üreme telafisi olan türlerde gözlemlenmiştir.

Bencil anöploidi modeli, erken ölüm için üreme telafisi yüksek olduğunda MMI anöploidisinin yaygın olması gerektiğini alışılmadık bir şekilde öngörür. Üreme kompanzasyonu ve anöploidi oranları arasındaki ilişkiyi test edecek veriler kusurludur. Bununla birlikte, memelilerden ve diğer omurgalılardan elde edilen anöploidi oranı tahminleri arasındaki farklar o kadar büyük ve tutarlıdır ki, metodolojik konuların tam bir açıklama sağlaması pek olası değildir. Spesifik olarak, zebra balığında, kromozom başına embriyo oranı, Xenopus’ta olduğu gibi yaklaşık 0’dir. Hiçbirinin üreme tazminatına sahip olması beklenmemektedir. Tavuklarda ve zebra ispinozlarında, trizomi oranları embriyo başına kromozom başına yaklaşık %0.04’tür. Bu türlerde kuluçka sonrası sınırlı kompanzasyon mümkündür. Buna karşılık, tüm memeli verilerinde (kendi içinde yetiştirilmiş fareler hariç), embriyo başına kromozom başına yaklaşık %1’lik bir anöploidi oranı vardır, bu ineklerde, domuzlarda, melez farelerde, interstrain’de görülür. fare melezleri, fare soylarını aşmıştır ve ayrıca insanlar. Yavru bir dişi memelide anöploid erken embriyoların net yüzdesi bu nedenle yaklaşık olarak %N’dir, burada N haploid kromozom sayısıdır.

Kendi içinde yetiştirilmiş fareler, çok düşük anöploidi oranları (embriyo başına <%1) olan bir memeli istisnasıdır. Birçok model bunun neden böyle olabileceğini açıklayabilir. Mevcut model, santromerik ilişkililik asimetrisi artık geçerli olmadığı için, seçimin bencil bir anöploidi indükleyen santromeri desteklemeyeceğini görecektir. Başka bir deyişle, doğuştan gelen bir soyda, herhangi bir anöploidi indükleyen sentromer, homozigotluğu istila etmek ve akrabalı yetiştirmek için heterozigotluk gerektirir. Bu tür modeller aynı zamanda ata popülasyonunda anöploidi indüklemek için farklı eğilimlere sahip ayrıştırıcı sentromerler olduğunu varsaymaktadır, ancak kendi içinde melezlenmiş hatların yaratılması sırasında meydana gelen bu seçim, homozigotların verimli olduğu olanları tercih edecektir.

Bununla birlikte, anöploidi eğilimlerinde farklılık gösteren ayırıcı sentromerik varyantların hiçbir zaman olmaması da mümkündür (fare çizgileri anöploidi boyutunda farklılık gösterse de ve anöploidi, santromerik varyantlarla ilişkili olsa da – yukarıya bakınız). Bunun yerine, genomik homozigotların hatasız mayoz bölünmede özünde daha iyi olduğunu ve düşük oranların kendi başına sentromerik homozigotluk ile ilgisi olmadığını varsayabiliriz. Belki de çaprazlama homoloji araştırması daha güvenilirdir ve iyi oluşturulmuş kiazma mayozu stabilize eder? MMI, MMII’de özdeş sentromerleri ayırmak yerine, alakasız anne ve baba kromozomları arasında homoloji aramaya zorlarken, böyle bir model MMI’nin neden çoğu anöploidin kaynağı olduğunu açıklayabilir.

O halde, muhtemelen, daha ilginç olan soru, neden bazı türler arası çaprazlamalarda anöploidi gördüğümüz, ancak gerilim içi çaprazlamalarda neden daha az anöploidi gördüğümüzdür. Benzer şekilde, türler arası çaprazlamalarda sentromerik tahrik görülür. Bir model, her zaman orada olduklarını ve vahşi popülasyonda sadece homozigotlarda gizlenmiş varyantlar olarak bulunduğunu hatırlatıyor. Alternatif olarak, daha heterozigot mayoz (sadece sentromerik değil) sadece özünde daha fazla hataya meyilli olabilir. Durum böyle olsaydı, dışlanmış melezlerde distorsiyon/anöploidi görünümü, atalardan kalma vahşi popülasyonlarda ayrılan bozucu alellerin kanıtı olmazdı. Aynı olasılık, melez/strain çaprazlarında görülen ve tür içi çaprazlarda görülen herhangi bir bozucu için de geçerlidir. Genel homozigozite/heterozigozite modeliyle ilgili bir problem, balıklarda düşük anöploidi oranlarıdır, çünkü bunlar nispeten polimorfiktir, aslında insanlardan daha fazladır. Bununla birlikte, balık dişi mayozu MMI’de durmaz, bu nedenle boş model olarak yalnızca memeliler için geçerli olan bir homo/hetero modeli uyandırmamız gerekebilir. Bazı durumlarda, hibrit bozukluk erkek mayoz bölünmeyi dişi mayoz bölünmeden daha fazla etkiler, bu nedenle maternal anöploidi yanlılığını açık bir şekilde açıklamaz.

Önemli bir ayırt edici tahmin, sentromerde homozigot olan ancak başka bir yerde heterozigot olan farelerde, sentromerde heterozigot olan ancak başka bir yerde homozigot olan farelerde ne olduğu olacaktır. Bencil sentromer modeli, sentromer homozigot ise düşük anöploidi öngörür. Genel heterozigotluk modeli tam tersi bir tahminde bulunur. Daha genel olarak, eğer sentromerik heterozigotluk anahtar ise, o zaman her yerde heterozigot (suşu çaprazları arasında) > = sentromer dışında her yerde homozigot > sentromerde homozigot, başka yerde heterozigot > = tekdüze homozigot bir sıra tahmin ederiz.

Özetle, omurgalılarda yüksek anöploidi oranları, yalnızca üreme telafisi olan, tümü en azından bencil anöploidi modeliyle tutarlı olan türlerde gözlemlenmiştir. Anöploidi için sürücü ile birleştirilen alternatif teoriler bunu açıklayamaz. Bununla birlikte, bencil sentromer modelinin gereksiz olduğu ileri sürülebilir, çünkü üreme kompanzasyonu, mutasyon-seçim dengesi nedeniyle anöploidinin yüksek seviyelerde korunmasını sağlayabilir. Benzer şekilde, bizi erken yaşta öldüren klasik genetik hastalıkların biraz daha yüksek frekanslara ulaşmasını ve akraba popülasyonlarında öldürücü çekiniklere karşı seleksiyonun azalmasını sağlaması beklenmektedir. Mendel anöploidini indükleyen bir mutasyonun beklendiği gibi ele alınması, kompanzasyonun denge seviyesini yükseltmek için hareket ettiğini bulur. Bununla birlikte, nicel olarak, bunun gözlemlenen çok yüksek oranları açıklaması pek olası görünmemektedir, özellikle de kompanse edilmiş otozomal öldürücüler için nispi kat artışı, daha zayıf etki alellerinden çok daha az olmak üzere 1.22 mertebesindedir. Gerçekten de, balıklar (sıfır telafi koşuluna en iyi yaklaşım) ve memeliler arasındaki oran farkını hesaba katmak için memelilerde neredeyse mükemmel telafiye ihtiyaç vardır. Bu sonuç, balıklarda ve memelilerde dişi mayoz bölünmenin farklı olabileceği ve memelilerin MMI’de durmasından etkilenen temel oranların farklı olabileceği uyarısı ile birlikte gelir (ancak neden o zaman akrabalı farelerin yüksek anöploidi oranları göstermemesi daha fazla varsayım gerektirir). Bencil sentromer modelinden farklı olarak, mutasyon-seçim dengesi modelleri, antagonistik birlikte evrimi öngörmez.

Daha fazla tahmin ve kanıt

Müstehcen olsa da, bu kanıtların hiçbiri kesin değildir. Üreme telafisi seviyelerinde farklılık gösteren ve bilinen iç/dış üreme seviyelerine sahip türlerin erken embriyolarındaki anöploidi oranlarının daha fazla türler arası analizi garanti edilir. Evcilleştirilmemiş veya laboratuvarda muhafaza edilmeyen türlerin analizi özellikle değerli olacaktır. Orta derecede ensest olan birkaç memelinin (çıplak erkek sıçanlar, kara kuyruklu çayır köpekleri, fundalıklar ve bantlı firavun faresi ensest olmayan kardeş taksonlarla ikili karşılaştırması değerli olabilir. Plasentalı balıklarda ve sürüngenlerde üreme telafisi beklendiğinden, plasentalı olmayan kardeş türlerine kıyasla daha yüksek MMI anöploidi oranları tahmin edilir. Daha genel olarak, eğer canlılık üreme telafisi için daha yüksek bir potansiyel gerektiriyorsa, o zaman bu özelliğin 150’den fazla bağımsız evriminin analizi bilgilendirici olacaktır. Üreme tazminatının derecesi, ebeveyn bakımının düzeylerine, bu tür bakımdaki cinsiyet önyargılarına ve yeniden üreme fırsatlarına vb. bağlı olarak önemli ölçüde değişebileceğinden, kuşlar da yararlı olabilir.

Tekil doğum memelileri ile kuluçka türü başına çoklu döl arasındaki farklar, telafi modunda daha fazla test fırsatı sağlar. Yaşlanma ile ilgili eğilimler farklılık göstermekle kalmaz (yukarıya bakın), ayrıca, uygunluk telafisi derecesinin, çok nesilli türlerde (kaynakların yeniden yönlendirilmesi) tekil türlere göre (kaynakları koruyun ve yeniden hızla çoğaltın) daha zayıf olması muhtemeldir. Farelerde ve domuzlarda, kromozom başına oranlar kromozom başına %1’in biraz altındadır, ancak ineklerde ve insanlarda daha yüksektir. Ancak, bu veriler son derece gürültülüdür (yöntem kontrolsüz, bağıl yaş kontrolsüz, vb.) ve bu nedenle bu küçük olası farka güvenilemez. Bununla birlikte, oosit oranlarında iyi kontrol edilen farklılıkların tekrarlanabilir bir bulgusu, anöploidi oranlarının evriminde üreme kompanzasyonu için bir rol olmaları konusunda destekleyici olacaktır. Kuluçka başına birden fazla yavruya sahip olan primatların (örneğin, bazı strepsirrhines) tekil üreten ilgili türleriyle birlikte analizi öğretici olacaktır.

Model ayrıca istila ve bastırma nöbetlerini de tahmin ediyor. Bu nedenle insanlarda son zamanlardaki sentromerik seçilimle ve sentromerlerin ve bunların etkileşimcilerinin hızlı birlikte evrimi ile uyumludur. Mevcut modelde, centromerik aneuploid indükleyiciler ve bunların baskılayıcıları arasında antagonistik birlikte evrim beklenmektedir. Gerçekten de, sentromerik dürtü (sensu strictu) aşırı embriyo mortalitesi ile ilişkili olmadığından (sadece mendelian olmayan aktarım oranları), anöploidiye karşı seçim, muhtemelen saf sentromerik sürücüye karşı seçimden çok daha güçlüdür. Eğer öyleyse, asimetrik dişi mayoz bölünmeye sahip tüm türlerde santromerik sürücü için aynı potansiyele rağmen, üreme telafisi olan türlerde (memeliler) ve olmayan türlerde (örneğin, serbest yumurtlayan plasentalı olmayan balıklar) çok fazla olmayan antagonistik birlikte evrim sinyalleri bekliyoruz.

Model ayrıca bazı omurgasız türlerde daha yüksek anöploidi oranları öngörmektedir. Örneğin, bazı anöploid embriyoların erken öldüğünü varsayarsak, sitoplazmik erkek öldürücülere sahip böcek türlerinin üreme telafisine sahip olduğu tahmin edilmektedir. İlk bakışta, bu, Drosophila’nın neden bizimkiyle karşılaştırılabilir dişi mayoz I ayrılmama oranına sahip olduğunu açıklamaya yardımcı olabilir. Birçok sinek türünde ayrıca üreme kompanzasyonuna sahip olduklarını düşündüren sitoplazmik erkek öldürücüler bulunur. Bununla birlikte, sineklerde telafinin memelilerdeki kadar güçlü olması pek olası görünmüyor. Meyve sineklerindeki yüksek oranlar bu nedenle esrarengizdir ve mevcut model için nicel olarak sorunludur.

Model, tür içi analizle de analiz edilebilir. Sentromerik aneuploid indükleyicilerin ve bunların baskılayıcılarının polimorfik olması gerektiğini varsaymak için birçok neden vardır. Örneğin, bastırmanın kendisi maliyetliyse, bencil unsurun tamamen bastırılmamasını/ortadan kaldırılmamasını bekleriz. Nicel genetik terimlerle, bu nedenle model, sineklerde görülen anöploidi oranlarının kalıtsallığı ve farelerde görülen genetik arka plan etkileri ile tutarlı olacaktır. Mayoz bölünmede özellikle yüksek oranlarda kromozomal hatalara sahip kadınların, neden olarak tipik olarak tek kromozom anöploidisine sahip olmaları da tutarlıdır. Model ayrıca hem santromerik cis etkilerini hem de trans etkilerini tahmin eder.etkileri, daha sonra sentromer ile etkileşime giren proteinler aracılığıyla aracılık eder (örneğin, Bub1). Mevcut çok yüksek düzeyde dişi mayoz I ayrılmaması göz önüne alındığında, kromozom 16 henüz tam olarak bastırılmamış bencil bir anöploidi indükleyen sentromer için bir aday olabilir. Eğer öyleyse, polar gövdeye taşınırken anöploidi indükleyen bir sentromerik haplotip tahmin ediyoruz. O zaman anöploid soyda orantısız bir temsile sahip olacaktır.

Model ayrıca kromozomlar arası anöploidi oranları hakkında tahminlerde bulunabilir. Diğer her şey eşitse, model, monosomik veya trizomikleri daha erken öldüren kromozomlar (yani tipik olarak daha büyük kromozomlar) için anöploidi indükleyicilerin daha kolay istilasını öngörür, böylece daha fazla üreme telafisi sağlar. Genç dişilerde (<20 yaş), 1 ila 5 kromozomları oosit başına 0.1 düzeyinde anöploidi oranına sahipken, daha küçük olanlar (13 ila 15 ve 21 ila 22 kromozomları) oosit başına yaklaşık 0.02 orana sahiptir. Ancak, bu tür veriler ilk bakışta göründüğü kadar destekleyici olmayabilir. Daha genç kadınlarda, daha büyük kromozomlar yüksek 4:0 ayrılma oranlarına sahipken (sınıf 2, Şekil 2 ) daha kısa olanlar orantılı olarak daha fazla 3:1’e sahiptir (sınıf 3, Şekil 2 ).) yanlış ayrım farklı anöploidi modları ve dolayısıyla sentromerler için muhtemelen farklı mutasyon fırsatları önerir. Kromozomlar ayrıca yaşla birlikte anöploidi modunda ve yaşla birlikte değişim hızında da farklılık gösterir. Örneğin 20 ila 32 yaşındaki kadınlarda, büyük ve küçük kromozomların oranları daha karşılaştırılabilir (büyükler için yaklaşık 0.02, küçükler için yaklaşık 0.04). Böylece net etkiler, farklı yaşlardaki dişilerin üremeye katkısı hakkındaki varsayımlara duyarlı olacaktır. Daha genel olarak, anöploidi mekanizmaları, daha küçük ve daha büyük kromozomlar için farklıdır, muhtemelen farklı kohezin yoğunlukları nedeniyle, dolayısıyla testleri karıştırır. Birkaç kromozom için, anöploidi daha yaygın olarak mayoz II etkilerinin bir sonucudur.

Bu veriler aynı zamanda, oosit ve erken embriyo arasında seçici bir filtre olduğundan (döllenmiş veya döllenmemiş yumurtaların NB preimplantasyon mortalitesinin tümü tazminata yol açabilir) olduğundan, erken embriyo tahminlerine değil, iyi oosit tahminlerine ihtiyaç olduğunu gösterir. Örneğin, oositlerdeki daha büyük insan kromozomları için anöploidi yaygın olsa da, erken seçim nedeniyle bu, erken embriyonik verilere yansımaz. Benzer şekilde, bazı yöntemler (örneğin, FISH) yumurtalarda son derece yüksek oranlarda (>%70) ayrılmama olduğunu bildirmektedir, çok erken evre (oositten zigota) mortalite ile tutarlıdır. O zaman bazı veriler, büyük akrosentrik kromozomların erken embriyonik anöploidler olarak baskın olduğunu öne sürerken (örneğin, domuzlarda ve diğerleri (insanlarda ve ineklerde) bunun tersini öne sürer, bu tür verilerden çıkarımlarda bulunmak zordur.

Daha önce tanımlanmış yüksek oosit oranları biyolojik olarak mantıksız olduğu için reddedilmiştir. Tersine, güçlü üreme telafisi olan bizim gibi bir türde tamamen makul olabileceklerini öne sürüyorum. Daha genel olarak, yüksek anöploidi oranları ve bu kadar çok gebeliğin başarısız olması, gençlerimize bu kadar iyi bakmanın bedeli olabilir.


Bir Cevap Yazın

Aşağıya bilgilerinizi girin veya oturum açmak için bir simgeye tıklayın:

WordPress.com Logosu

WordPress.com hesabınızı kullanarak yorum yapıyorsunuz. Çıkış  Yap /  Değiştir )

Twitter resmi

Twitter hesabınızı kullanarak yorum yapıyorsunuz. Çıkış  Yap /  Değiştir )

Facebook fotoğrafı

Facebook hesabınızı kullanarak yorum yapıyorsunuz. Çıkış  Yap /  Değiştir )

Connecting to %s