Je, inawezekana kwamba moja kati ya alama tatu pekee zinazojulikana zinazolenga DNA moja kwa moja haipo nje ya ulimwengu wa vijidudu? Watafiti wakiongozwa na Xiaoqi Feng katika Taasisi ya Sayansi na Teknolojia Austria (ISTA) sasa wameonyesha kwamba alama hii - N4-methylcytosine (4mC) - ni muhimu kwa ukuaji na ukomavu wa manii katika liverwort Marchantia polymorpha , kiumbe muhimu katika mageuko ya mimea.
Wakati mwingine inachukua kisukuku kilicho hai ili kupata baadhi ya maarifa ya kuvutia zaidi kuhusu maisha na mageuko. Mdudu aina ya liverwort Marchantia , jamaa wa moss, ni mojawapo ya mimea ya zamani zaidi iliyopo na pengine ni ukoo wa mimea wa zamani zaidi kuwahi kutawanyika ardhini. Mbali na jukumu lake muhimu katika mabadiliko ya mimea kutoka kwa mifumo ikolojia ya majini hadi ardhini, Marchantia bado hutumia aina ya uzazi ya zamani ambayo haipatikani tena katika mimea mingi. Ingawa mimea mingine imeendeleza uzazi wao wa kijinsia bila kujali maji, mbegu za Marchantia hutolewa katika matone ya mvua yanayoanguka kwenye uso wa mmea. Kisha huelea ndani ya matone haya ili kurutubisha mimea ya kike iliyo karibu. Hata hivyo, vipengele vingi vya molekuli vya utendaji kazi wa mbegu za Marchantia vinabaki kuwa siri.
Kundi la Xiaoqi Feng katika Taasisi ya Sayansi na Teknolojia Austria (ISTA) linatumia mmea huu kama kielelezo cha kuchunguza kanuni za msingi za biolojia ya molekuli ambazo hazikujulikana hapo awali na kupata ufahamu mpya kuhusu mageuko ya uzazi wa kijinsia. Matokeo yao ya hivi karibuni ni ya kushangaza. "Utafiti wetu unatoa ushahidi kamili wa alama mpya ya DNA katika mimea au wanyama yenye kazi muhimu sana: Ni muhimu kwa uzazi wa kijinsia huko Marchantia na, haswa, huathiri ukuaji wa manii katika mimea ya kiume," anasema Feng. Matokeo hayo yanaweza kuwa na matumizi katika bioteknolojia kwa kufungua uwezekano wa kudhibiti usemi wa jeni bila kubadilisha mlolongo wa DNA uliopo.
N4-Methylcytosine (4mC) ni aina ya kinga katika bakteria. Huficha jenomu yao kutokana na vimeng'enya vinavyoharibu mfuatano wa kigeni kwa kuunganisha kundi la methyl kwenye maeneo lengwa. Ni mojawapo ya alama tatu zinazojulikana za DNA: 4mC, 5mC, na 6mA. Kwa sababu alama hizi za kemikali "huficha" tu msimbo wa kijenetiki wa msingi bila kuubadilisha, huitwa " alama za epijenetiki " - kulingana na kiambishi awali cha Kigiriki epi, kinachomaanisha "juu," "kuzunguka," au "nje ya." Ingawa 4mC na 5mC ni marekebisho ya kemikali ya nyukleotidi ya saitosini - moja ya vizuizi vya ujenzi wa DNA - 6mA ndiyo pekee inayolenga nyukleotidi ya adenine. Kwa kuwa haijawahi kugunduliwa kwa uhakika katika mimea au wanyama, 4mC imevutia shauku ya wanasayansi wengi kwa muda mrefu.
Katika juhudi zao za kubaini sifa za molekuli za utendaji kazi wa manii huko Marchantia , Feng na timu yake waliweza kutofautisha mawimbi mawili ya methylation ya DNA wakati wa ukuaji wa manii. Mawimbi haya mawili ni makubwa sana kiasi kwamba yanafunika jenomu ya manii. Yalionyesha kuwa wimbi la kwanza lililingana na 5mC, marekebisho ya DNA ambayo tayari yanajulikana kwa wanyama na mimea. Yanalenga kile kinachoitwa "jeni zinazoruka" na kuyanyamazisha. Hata hivyo, 5mC pekee haikuweza kuelezea wimbi la pili la methylation kubwa. Hii inalenga mfuatano mfupi wa nyukleotidi mbili ambazo zimetawanyika katika jeni zote za usimbaji: dinukleotidi zinazoitwa CG (cytosine-guanine). Zaidi ya hayo, timu ilionyesha kuwa jeni zenye mfuatano unaofanana na methyltransferases za N4-cytosine, vimeng'enya vinavyochochea methylation ya 4mC katika bakteria, vilikuwa vikifanya kazi katika dirisha moja la ukuaji wa manii kwenye mmea. Je, timu hiyo ingeweza kupata vimeng'enya kwa 4mC nje ya ulimwengu wa vijidudu kwa bahati mbaya?
Wakichochewa na ugunduzi huu, walitumia mbinu nyingi za kiasi kuonyesha kwamba 4mC ndiyo hasa chanzo chake. Waligundua kwamba 4mC pekee ilichangia asilimia kumi na tano ya saitosini zenye methili katika mbegu za kiume za Marchantia zilizokomaa, ikilinganishwa na chini ya asilimia moja katika bakteria. "Baada ya kutumia mbinu mbalimbali za majaribio, tunaweza kusema kwamba tuna uhakika na matokeo yetu," anasema Feng. "Viwango vya 4mC tulivyogundua katika mbegu za kiume za Marchantia ni vya juu sana." Kwa hivyo, timu iliweza kuonyesha kwamba mawimbi makubwa ya methylation ya 5mC na 4mC wakati wa ukuaji wa mbegu za kiume za mmea yaliratibiwa. Zaidi ya hayo, walionyesha kwamba viwango hivi vya "juu sana" vya 4mC vilichukua jukumu muhimu katika mbegu za kiume za Marchantia . Bila 4mC, mbegu za kiume za mmea hazishindani tena katika urutubishaji: huogelea polepole zaidi na kwa makusudi kidogo, uzazi wao hupungua sana, na hata katika visa vichache vya urutubishaji uliofanikiwa, ukuaji wa mapema wa kiinitete cha mmea huharibika.
Aina nyingine ya methylation ya DNA, 6mA, iligunduliwa kimakosa na watafiti wengine katika viumbe kadhaa kabla ya kubainika kuwa uchafuzi wa bakteria wa sampuli ndio uliosababisha. Hii iliacha ladha mbaya midomoni mwa wanasayansi na kusababisha uchunguzi zaidi katika utafiti wa methylation ya DNA. "Ni muhimu sana kutumia mbinu nyingi huru za kugundua methylation ya DNA, na tuliazimia kuhakikisha madai yetu yalikuwa sahihi. Lakini kwa namna fulani, viwango vya juu vya 4mC vilitusaidia kujiamini. Baada ya yote, hakuna bakteria inayoonyesha viwango vya juu vya methylation," anasema Feng. Lakini 4mC ilitokeaje Marchantia hapo awali ? Jibu liko katika uhamisho wa nyenzo za kijenetiki kati ya spishi tofauti nje ya uzazi wa kijinsia, jambo la mageuko linalojulikana kama uhamisho wa jeni mlalo, au HGT.
Uhamisho wa jeni mlalo kati ya bakteria na mimea umeripotiwa kutokea mara kwa mara—kwa kiwango cha mageuzi. Huenda hivi ndivyo 4mC ilivyofika Marchantia . Matukio ya HGT kutoka kwa bakteria wa udongo hadi mimea yamechangia mabadiliko ya mimea kutoka makazi ya majini hadi ardhini. "Hili linaweza kuwa moja ya matukio ya dharura ya asili yaliyosababisha mageuzi. Uhamisho mlalo wa nyenzo za kijenetiki kutoka kwa bakteria hadi Marchantia ulithibitika kuwa na manufaa makubwa kwa mimea, kwa hivyo sifa hiyo ilihifadhiwa na kuchaguliwa kwa ajili yake," anaelezea Feng.
Viumbe hai wa liverwort ndio kundi pekee la mimea ambalo 4mC imerekodiwa wazi hadi sasa. "Hata hivyo, matokeo yetu labda si bahati mbaya," anasema Feng. Kwa kweli, katika hatua za mwanzo za ukuaji wa mamalia, upangaji upya kamili wa methylation kwa kawaida hutokea, ambapo alama za DNA za epigenetic hufutwa kabisa na kuanzishwa upya. "Kwa hivyo tunaweza kuhitaji kuangalia dirisha maalum la ukuaji katika mimea na wanyama wengine. 4mC pia inaweza kuwepo hapo, ikisubiri tu kugunduliwa."
Utafiti huu unaangazia kazi ya msingi ya uzazi wa kijinsia ambayo imebadilika katika maumbile na inaweza kupata matumizi katika bioteknolojia. Kwa kuchunguza kazi sahihi ya marekebisho ya epigenetic 4mC katika Marchantia , utaratibu huu wa molekuli unaweza kutumika kama zana ya uhariri wa jenomu ya epigenetic—yaani, kwa mbinu zinazolenga usemi wa jeni bila kubadilisha mfuatano wa DNA.
uchapishaji wa awali
James Walker, Jingyi Zhang, Yalin Liu, Shujuan Xu, Yiming Yu, Martin Vickers, Weizhi Ouyang, Judit Talas, Liam Dolan, Keiji Nakajima, Xiaoqi Feng. 2025. Kina N4 Cytosine Methylation ni Muhimu kwa Marchantia Sperm Function. Kiini.
Soma pia
Joachim Herz Foundation inatoa tuzo kwa teknolojia endelevu ya kibayoteknolojia | Pugnalom
