Evolusi dapat mempromosikan kebaruan dengan menjaga ekspresi gen di cek – Sains Terkini


Perubahan gen yang mengendalikan perkembangan berpotensi memberikan kontribusi besar bagi evolusi dengan menghasilkan morfologi baru pada tumbuhan dan hewan. Namun, karena gen perkembangan sering memengaruhi banyak proses yang berbeda, perubahan pada ekspresinya membawa risiko "kerusakan jaminan." Para ilmuwan di Institut Max Planck untuk Penelitian Pemuliaan Tanaman di Cologne, dan para kolaborator, sekarang telah menunjukkan bagaimana represi diri gen dapat mengurangi efek samping potensial dari ekspresi gen baru sehingga bentuk-bentuk baru dapat berkembang. Pengaturan sendiri ini terjadi melalui mekanisme molekuler khas yang menggunakan daerah kecil genom DNA yang disebut situs pengikatan faktor transkripsi afinitas rendah.

Misalkan seekor burung mengembangkan bentuk sayap yang dimodifikasi, yang membuat terbang lebih mudah dan dapat bermanfaat bagi kelangsungan hidupnya. Jika perubahan gen ini juga mengubah warna burung, membuatnya kurang menarik bagi pasangan, maka modifikasi bentuk sayap yang menguntungkan tidak akan bertahan lama. Jadi, bagaimana kemudian alam menyeimbangkan potensi kebaruan, dengan risiko efek samping yang dapat mencegah kebaruan muncul? Dengan menggunakan evolusi bentuk daun sebagai contoh, sebuah tim internasional yang dipimpin oleh Direktur Miltos Tsiantis telah memberikan wawasan baru tentang pertanyaan ini.


Studi baru ini dilakukan di bittercress berbulu, gulma kecil yang kelompok Tsiantis telah berkembang menjadi sistem model untuk memahami evolusi bentuk tanaman. Ini dibangun berdasarkan penelitian sebelumnya dari kelompok di mana gen yang disebut RCO ditemukan telah mendorong diversifikasi bentuk daun pada tanaman sawi dengan memperoleh pola ekspresi baru.

RCO mengkodekan faktor transkripsi, sejenis protein yang dapat menghidupkan atau mematikan gen lain, dan pola ekspresi baru RCO menghasilkan munculnya bentuk daun yang lebih kompleks yang ditemukan dalam bittercress. Para peneliti sekarang telah menunjukkan bahwa perubahan dalam ekspresi gen ini disertai oleh RCO yang memperoleh kemampuan untuk menekan aktivitasnya sendiri. Mike Levine, Direktur Institut Lewis-Sigler untuk Integrative Genomics di Universitas Princeton yang tidak terlibat dalam penelitian ini, menemukan wawasan khusus ini "sangat menarik." Ketika represi-diri RCO "membatasi ruang lingkup kegiatannya," Levine menjelaskan, itu "dengan demikian memblokir pengaruh yang berpotensi merusak pada pengembangan dan fungsi sel."

Merangsang sitokinin

Sebagai langkah berikutnya, para ilmuwan mengidentifikasi gen yang ditargetkan oleh RCO, dan menemukan bahwa banyak dari mereka yang bertanggung jawab untuk mengoordinasikan tingkat sitokinin lokal – hormon tanaman yang banyak dikenal untuk mempengaruhi pertumbuhan sel. Yang penting, ketika regulasi diri RCO dimodifikasi, RCO merangsang sitokinin secara berlebihan dan bentuk daun diubah dengan cara yang dapat secara negatif mempengaruhi kebugaran tanaman. Temuan ini menegaskan gagasan bahwa represi diri RCO dapat menjadi penting untuk kegigihan morfologi daun novel yang diinduksi RCO.

Yang sangat menarik adalah bahwa represi diri RCO ini terjadi dengan cara yang sangat khas. Para ilmuwan menemukan bahwa itu didasarkan pada banyak interaksi lemah antara protein RCO dan DNA pengatur RCO di situs pengikatan afinitas rendah. "Temuan ini menarik," Tsiantis menjelaskan, "karena situs pengikatan afinitas rendah dapat berkembang relatif cepat, sehingga menawarkan cara mudah bagi evolusi untuk menjaga perubahan ekspresi gen tetap terkendali, dengan menurunkan ekspresi regulator."

Represi lembut


Memang, karya terbaru dari tim Tsiantis ini secara langsung menunjukkan bahwa situs pengikatan faktor transkripsi afinitas rendah dapat memainkan peran utama dalam generasi kebaruan morfologis. Dengan menyediakan alat untuk "secara lembut" menekan ekspresi RCO, situs-situs ini mengurangi efek dari perubahan ekspresi RCO dan memungkinkan tingkat sitokinin disesuaikan. Ini pada gilirannya mempromosikan penampilan bentuk daun yang lebih kompleks, misalnya, dengan mengatur secara tepat pertumbuhan lobus atau selebaran di sepanjang tepi daun yang sedang berkembang.

Hasil ini akan merangsang upaya lebih lanjut untuk memahami pengaruh situs pengikatan faktor transkripsi afinitas rendah pada perkembangan, keanekaragaman dan penyakit. Misalnya, ada peningkatan kesadaran bahwa perubahan dalam regulasi gen perkembangan merupakan kontributor utama penyakit manusia, dan bahwa perubahan regulasi lainnya dapat mengurangi keparahan penyakit atau melindungi individu yang membawa varian penyakit. Sementara sekuens DNA spesifik yang mendasari efek ini sering tidak diketahui, karya terbaru ini menyoroti situs pengikatan faktor transkripsi afinitas rendah sebagai daerah kandidat yang sangat baik untuk mengidentifikasi sekuens penyebab kerentanan penyakit, dan untuk memahami variasi dalam keragaman sifat lebih luas pada eukariota kompleks.

Referensi:

Material disediakan oleh Max-Planck-Gesellschaft. Catatan: Konten dapat diedit untuk gaya dan panjangnya.

You may also like...

Leave a Reply

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.