ufacob เรียนรู้เกี่ยวกับนกจากจีโนมของพวกมัน

ufacob เรียนรู้เกี่ยวกับนกจากจีโนมของพวกมัน

ทันใดนั้น ufacob นักชีววิทยาก็มีลำดับจีโนมที่สมบูรณ์หลายร้อยชุดของเพื่อนขนนกของเรา ความมั่งคั่งของข้อมูลดังกล่าวกำลังปฏิวัติความเข้าใจด้านชีววิทยาและวิวัฒนาการของนก

ตว์ที่มีเสน่ห์เป็นพิเศษ นักชีววิทยาไม่มีภูมิคุ้มกันต่อเสน่ห์ของพวกเขา พวกเขาทำงานมานานแล้วเพื่อทำความเข้าใจว่าเหตุใดและอย่างไรที่สิ่งมีชีวิตเหล่านี้มีสีสันที่ฉูดฉาด รูปทรงที่หลากหลาย เพลงไพเราะ และพฤติกรรมที่ซับซ้อน นั่นไม่ใช่คำถามง่าย ๆ ที่จะตอบ เมื่อพิจารณาจากยีนนับพัน — หลายหน้าที่ที่ไม่รู้จัก — ในจีโนมของนกทั่วไป การค้นหายีนหรือยีนที่อยู่เบื้องหลังลักษณะที่กำหนดสามารถรู้สึกเหมือนพยายามทำแผนที่ภูมิประเทศที่กว้างใหญ่ด้วยไฟฉายสลัวแต่ตอนนี้นักพันธุศาสตร์ได้เปิดไฟสปอร์ตไลท์ด้วยเทคโนโลยีใหม่ที่ทำให้การจัดลำดับจีโนมทั้งหมดรวดเร็วและราคาถูก นักวิทยาศาสตร์สามารถศึกษาจีโนมทั้งหมดได้ในคราวเดียว นักวิทยาศาสตร์มีอำนาจอย่างไม่เคยปรากฏมาก่อนในการทำความเข้าใจชีววิทยาของนก ตั้งแต่ต้นกำเนิดวิวัฒนาการไปจนถึงการดัดแปลงที่สะดุดตามากมาย และแม้กระทั่งติดตามเหตุการณ์ที่สำคัญที่สุดอย่างหนึ่งของวิวัฒนาการ ที่มาของสายพันธุ์ใหม่

“การมีจีโนมก็เหมือนการเปิดประตู”  Gustavo Bravoนักชีววิทยาด้านวิวัฒนาการที่สถาบัน Alexander von Humboldt ในเมือง Boyacá ประเทศโคลอมเบีย กล่าว ผู้เขียนร่วม  ในการดูสิ่งที่เราได้เรียนรู้จากจีโนมของนก ในการ ทบทวนนิเวศวิทยาประจำปี  2021  กล่าว วิวัฒนาการและระบบ .

กระแสของจีโนมใหม่นั้นช่างน่าอัศจรรย์จริงๆ เมื่อสิบกว่าปีที่แล้ว ในปี 2010 นักวิทยาศาสตร์ได้จัดลำดับจีโนมของนกเพียงสองตัว คือ ไก่และนกฟินช์ม้าลาย เมื่อ 5 ปีที่แล้ว มีจีโนมที่เสร็จสมบูรณ์เกือบ 100 ตัว และเมื่อต้นเดือนกุมภาพันธ์ พ.ศ. 2565 จีโนมได้เสร็จสมบูรณ์แล้วสำหรับนก 542 สปีชีส์ รวมถึงอย่างน้อยหนึ่งยีนจากทุกลำดับ

เกือบจะทันทีที่นักปักษีวิทยาได้รับข้อมูลจำนวนมาก พวกเขาก็เริ่มใช้มันเพื่อแยกแยะต้นไม้วิวัฒนาการของนกที่ยุ่งเหยิง บันทึกซากดึกดำบรรพ์บอกเราว่าเมื่อไดโนเสาร์ที่เหลือสูญพันธุ์ไปเมื่อประมาณ 66 ล้านปีก่อน กลุ่มไดโนเสาร์น้อยที่เราเรียกว่านกวิวัฒนาการอย่างรวดเร็วเพื่อเติมเต็มช่องว่างทางนิเวศวิทยาที่ว่างเปล่า โดยมีนกกลุ่มใหญ่ส่วนใหญ่ปรากฏขึ้นภายในไม่กี่ล้านปี

ufacob

วิวัฒนาการที่ปะทุนี้เกิดขึ้นอย่างรวดเร็ว และนานมาแล้ว

 แทนที่จะเป็นรูปแบบการแตกแขนงอย่างเป็นระเบียบ ต้นไม้ดูเหมือนไม้พุ่มหลายก้าน ปล่อยให้นักปักษีวิทยาพยายามค้นหาว่ากิ่งใดมีความเกี่ยวข้องกันมากที่สุด (สองกลุ่มในสมัยโบราณ ได้แก่ นกและนกที่มีลักษณะคล้ายนกกระจอกเทศ เช่น เป็ดและไก่สมัยใหม่ แตกแขนงออกไปก่อนหน้านี้ ดังนั้นความสัมพันธ์ของพวกมันกับอีกกลุ่มจึงไม่ค่อยสับสน)

จีโนมทั้งหมดอาจช่วยแตก “กำแพงแห่งความตาย” นี้ตามที่นักวิจัยเรียกอย่างไม่สุภาพ เพราะจีโนมประกอบด้วยข้อมูลหลายประเภท ไม่ใช่แค่ยีนเองเท่านั้น แต่ยัง  มีบริเวณดีเอ็นเอที่ควบคุมยีน ตัวเว้นวรรคระหว่างยีนหรือภายในยีนเหล่านั้น ไวรัสเก่าๆ ที่แทรกซึมเข้าไปในจีโนมเมื่อนานมาแล้ว และอีกมากมาย จีโนมของแต่ละสปีชีส์ยังสะท้อนถึงเหตุการณ์ที่หายาก เช่น การทำซ้ำหรือการลบยีน การแตกหรือหลอมรวมของโครโมโซม และสถานที่ซึ่งส่วนหนึ่งของโครโมโซมถูกพลิกกลับไปด้านหน้า “จีโนมเป็นการผสมผสานระหว่างประวัติศาสตร์ต่างๆ อันเป็นผลมาจากกระบวนการต่างๆ นานา” Bravo กล่าว ซึ่งบางครั้งอาจมีข้อมูลสำคัญเกี่ยวกับประวัติศาสตร์วิวัฒนาการ

นักวิจัยยังไม่ได้ทลายกำแพงแห่งความตายอย่างสมบูรณ์ แต่แล้ว ความประหลาดใจบางอย่างกำลังเกิดขึ้น ตัวอย่างเช่น ต้นไม้ที่มีวิวัฒนาการก่อนหน้านี้โดยอาศัยยีนที่มีคำแนะนำในการสร้างโปรตีน แนะนำให้นกน้ำ เช่น นกกระทุง นกกระสา และฟลามิงโกรวมกันเป็นกระจุกเดียว ในขณะที่ต้นไม้ที่มีองค์ประกอบอื่นๆ ของจีโนมแสดงให้เห็นว่านกเหล่านี้  กระจัดกระจายอยู่ทั่วไปในกลุ่มนกอื่นๆ หากรูปแบบหลังพิสูจน์ได้ว่าถูกต้อง ความคล้ายคลึงกันระหว่างยีนเข้ารหัสโปรตีนของนกน้ำอาจเป็นปลาเฮอริ่งแดง Bravo อธิบาย “การอาศัยอยู่ในน้ำจำเป็นต้องมีการดัดแปลงเฉพาะ ดังนั้นยีนของนกน้ำจึงสามารถมาถึงลำดับที่คล้ายคลึงกันได้โดยอิสระ

ไม่ว่าผลลัพธ์ของกรณีนี้จะเป็นอย่างไร เป็นที่แน่ชัดว่าต้นไม้ที่คุณสร้างนั้นขึ้นอยู่กับว่าคุณใช้ส่วนใดของจีโนม ซึ่ง “เครื่องหมาย” ในกลุ่มนักพันธุศาสตร์ – คุณใช้ วิธีที่ดีที่สุดสำหรับปัญหานี้คือการดูข้อมูลจีโนมประเภทต่างๆ ให้ได้มากที่สุด Alexander Suhนักชีววิทยาด้านวิวัฒนาการที่มหาวิทยาลัย East Anglia ในสหราชอาณาจักรกล่าวว่า “ไม่มีเครื่องหมายใดที่สมบูรณ์แบบ” นักวิจัยจำเป็นต้องดูเครื่องหมายประเภทต่างๆ ให้มากที่สุดเท่าที่จะทำได้ เพื่อติดตามน้ำหนักของหลักฐาน และเป็นไปได้เฉพาะกับจีโนมที่สมบูรณ์หรือเกือบสมบูรณ์เท่านั้น

ติดตามการดัดแปลง

อย่างไรก็ตาม จีโนมของนกมีประโยชน์มากกว่าแค่ต้นไม้วิวัฒนาการ บางครั้ง นักวิทยาศาสตร์สนใจที่จะดัดแปลงเฉพาะ: ยีนใดที่ช่วยให้นกตั้งรกรากที่อยู่อาศัยใหม่ได้? อะไรคือความแตกต่างของสีและลวดลายในขนนกของนกที่เกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิด? ที่นี่เช่นกัน การดูจีโนมทั้งหมดเป็นแนวทางที่ทรงพลังกว่ามาก Sangeet Lamichhaneyนักชีววิทยาด้านวิวัฒนาการที่ Kent State University ในโอไฮโอกล่าวว่า “เราไม่ต้องการความคิดอุปาทานใด ๆ ว่าจะมองหาอะไร “เราสามารถเปรียบเทียบจีโนมและถามว่าต่างกันอย่างไร?”

ตัวอย่างเช่น ลองพิจารณาว่าแอนท์เบิร์ด ซึ่งเป็นกลุ่มนกขับขานกินแมลงขนาดเล็กที่มีถิ่นกำเนิดในอเมริกากลางและใต้ ประมาณ 240 สปีชีส์ส่วนใหญ่อาศัยอยู่ในป่าที่ราบลุ่มชื้น แต่มีเพียงไม่กี่ชนิดที่มีแหล่งที่อยู่อาศัยแห้งแล้งขึ้นเป็นอาณานิคมโดยอิสระ Bravo และเพื่อนร่วมงานของเขาได้เลือกสายพันธุ์เหล่านี้สองสามชนิดและเปรียบเทียบจีโนมของพวกมันกับสายพันธุ์ที่เกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดจากป่าที่เปียกชื้น โดยหวังว่าจะพบตำแหน่งใน DNA ที่สายพันธุ์ที่อยู่อาศัยแห้งแตกต่างจากลูกพี่ลูกน้องในป่าอย่างสม่ำเสมอ หากหลายสปีชีส์แสดงการเปลี่ยนแปลงในส่วนเดียวกันของจีโนมโดยอิสระ พวกเขาคิดว่ายีนที่พวกเขาพบความแตกต่างบางประการ: สิ่งที่เชื่อมโยงกับยีนที่มีความสำคัญต่อความสมดุลของน้ำและการควบคุมอุณหภูมิในนกที่โตเต็มวัย และที่น่าประหลาดใจ แม้แต่ในไข่ แต่ความแตกต่างส่วนใหญ่ไม่ได้อยู่ที่ยีนเอง นั่นคือ ส่วนต่างๆ ที่เข้ารหัสโปรตีนที่สร้างลักษณะดังกล่าวจริงๆ ในทางกลับกัน ความแตกต่างกลับปรากฏขึ้นในพื้นที่ควบคุมที่ควบคุมการทำงานของยีน เปลี่ยนการผลิตโปรตีนที่กำหนดขึ้นหรือลง หรือบางทีอาจทำให้ยีนทำงานอยู่ในเนื้อเยื่อต่างๆ กล่าวอีกนัยหนึ่ง มดใช้ชุดเครื่องมือเดียวกันในแหล่งอาศัยที่แห้งและในที่ชื้น แต่พวกมันใช้เครื่องมือต่างกัน (งานของ Bravo ยังไม่ได้เผยแพร่)

“การใช้จีโนมทั้งหมดและวิธีการเปรียบเทียบช่วยให้เราสามารถค้นหาความสัมพันธ์ระหว่างลักษณะและยีนที่แตกต่างกันได้” Bravo กล่าว “ถ้าผมมีลำดับของ [ยีน] เพียงไม่กี่ [ยีน] ฉันก็จะไม่สามารถค้นพบสิ่งเหล่านี้ได้” ในอนาคต เขากล่าว นักวิจัยสามารถใช้เครื่องมือแก้ไขยีนเพื่อปรับเปลี่ยนขอบเขตการกำกับดูแล และดูว่าสิ่งนี้จะเปลี่ยนการดัดแปลงที่แห้งแล้งหรือไม่

นักวิจัยคนอื่นกำลังค้นหาจีโนมสำหรับยีนที่เกี่ยวข้องกับสี ตัวอย่างเช่น กลุ่มหนึ่งพยายามค้นหายีนที่สร้างความแตกต่างระหว่าง  คอหอยสีเหลืองของนกกระจิบของ Audubon กับคอสีขาวของนกกระจิบไมร์เทิลที่เกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิด อีกทีมหนึ่งกำลังพยายามทำความเข้าใจยีนที่อยู่เบื้องหลัง  สีของนกหัวขวานสองชนิดย่อย  (ชนิดของนกหัวขวานในอเมริกาเหนือ) ชนิดหนึ่งมีก้านขนนกสีแดงและอีกชนิดหนึ่งมีสีเหลือง ในแต่ละกรณี นักวิจัยกำลังใช้ประโยชน์จากแนวโน้มของนกสองตัวในการผสมพันธุ์ ซึ่งนำไปสู่การผสมผสานของยีนแบบใหม่ที่สามารถช่วยในการระบุว่ายีนใดเป็นตัวกำหนดรูปแบบสี ufacob

Credit by : Ufabet