از "دی‌ان‌ای بی‌رمز" چه می‌دانید؟

محققان ژاپنی موفق به کشف عملکرد یک نوع دی‌ان‌ایِ بدون کد یا بی‌رمز شده‌اند که تاکنون تصور می‌شد هیچ عملکردی ندارد و دریافتند که در کشت برنج بسیار موثر است. محققان دانشگاه علوم و فناوری اوکیناوا (OIST) هدف "ماده تاریک دی‌ان‌ای" یا "دی‌ان‌ایِ بی‌رمز" را که قبلاً تصور می‌شد هیچ عملکردی ندارد، کشف کرده‌اند.

دکتر "رینا کومیا" نویسنده ارشد این تحقیق و دانشیار گروه علوم و فناوری دانشگاه اوکیناوا گفت: برنج یکی از مهم‌ترین محصولات کشاورزی در جهان و یک منبع غذای اصلی در بسیاری از کشور‌ها از جمله ژاپن است. تحقیقات بیشتر در مورد تأثیر این مناطق ژنومی بر روی تولید مثل و تکثیر گیاه به طور بالقوه می‌تواند منجر به افزایش بهره‌وری و بازدهی پایدار شالیزار‌های برنج شود.

بسیاری از مطالعات بر ژن‌ها و قسمت‌هایی از دی‌ان‌ای که دستورالعمل ساخت پروتئین‌ها را ارائه می‌دهند، تمرکز دارند. اما در موجودات پیچیده‌تری مانند گیاهان و حیوانات، بخش بزرگی از ژنوم (بین ۹۰ تا ۹۸ درصد) برای پروتئین رمزگذاری نشده است.

این قسمت بزرگ از دی‌ان‌ای، اغلب "دی‌ان‌ایِ بی‌مصرف" (junk DNA) نامیده می‌شود و سال‌ها است که زیست شناسان را گیج کرده است. بسیاری آن را "ماده تاریک" خوانده‌اند. با این حال، مطالعات اخیر نشان داده‌اند که بسیاری از این مناطق ژنومی بی‌رمز ممکن است عملکرد داشته باشند که این به مطرح شدن فرضیه RNA‌های بی‌رمز منجر شده است.

در حال حاضر انواع بی‌شماری از RNA‌های بی‌رمز شناسایی شده است و اگرچه مطالعات نشان می‌دهد که آن‌ها نقش مهمی در تنظیم بیان ژن دارند، اما عملکرد‌های دقیق آن‌ها هنوز مبهم است و به همین دلیل، "کومیا" روی RNA‌های خاص در تولید مثل تمرکز کرده است.

وی گفت: این‌ها RNA‌های بی‌رمزی هستند که با شکل گیری سیستم تولید مثل تولید می‌شوند. من می‌خواستم کشف کنم که آن‌ها چه نقشی در توسعه استامن‌ها و پیستیل‌ها -اندام‌های تولید مثل نر و ماده در گیاهان- دارند.

وی افزود: تولید مثل یا تکثیر، یک پدیده مهم انتقال اطلاعات ژنتیکی به نسل بعدی است و برای حفظ یک محصول با عملکرد پایدار، ضروری است. با این وجود، توسعه سیستم تولید مثل پیچیده است و بسیاری از جنبه‌های آن هنوز ناشناخته مانده است.

وی ادامه داد: این مطالعه نشان می‌دهد که RNA‌های بی‌رمز که از مناطقی از ژنوم که تصور می‌شد غیر کاربردی هستند، می‌آیند، برای تکثیر گیاه ضروری هستند. بررسی RNA‌های غیر رمزگذاری شده یا بی‌رمز یک حوزه هیجان انگیز و مهم برای تحقیق است.

توالی‌های دی‌ان‌ایِ بی‌رمز یا بی‌کد (Non-coding DNA)، اجزای دی‌ان‌ای یک موجود زنده هستند که توالی‌های پروتئین را کد نمی‌کنند. برخی از دی‌ان‌ای‌های بی‌رمز به مولکول‌های عملگر آر. ان.‌ای بی‌رمز (مثلاً آران‌ای انتقال (tRNA)، آران‌ای ریبوزومی (rRNA) و آران‌ای مداخله‌گر (RNAi)) رونویسی می‌شوند. از دیگر نقش‌های دی‌ان‌ای بی‌رمز می‌توان به ترجمه و رونویسی مقررات توالی کد کردن پروتئین، منطقه پیوند ماتریس، مکان آغازش همتاسازی دی‌ان‌ای، سانترومر و تلومر‌ها اشاره کرد.

مقدار دی‌ان‌ای بی‌رمز در میان گونه‌های مختلف بسیار متفاوت است. معمولا درصد کمی از ژنوم مسئول کد کردن پروتئین‌ها است و درصد زیادی از آن‌ها وظایف تنظیم کنندگی دارند. همان‌گونه که در دهه ۱۹۶۰ پیش‌بینی شده بود، وقتی دی. ان.‌ای بی‌رمز بسیاری وجود دارد، به نظر می‌رسد بخش بزرگی از آن هیچ عملکرد بیولوژیکی ندارد. از آن زمان، به این بخش غیرفعال، "دی‌ان‌ایِ آشغال" می‌گویند که این نام‌گذاری بسیار بحث‌برانگیز بوده است.

پروژه دانش‌نامه بین‌المللی اجزای دی. ان.‌ای با روش بیوشیمیایی مستقیم روشن کرد که حداقل ۸۰ درصد از دی. ان. ایِ ژنومی انسان دارای فعالیت‌های بیوشیمیایی هستند. هرچند رسیدن به این نتیجه با توجه به دهه‌ها تحقیقات و کشف بسیاری از مناطقی که بی‌رمز، اما عملگر هستند، غیره‌منتظره نیست، اما با این وجود برخی از دانشمندان از تلفیق کردن فعالیت‌های بیوشیمیایی با عملکرد بیولوژیکی، انتقاد کردند.

تخمین‌ها می‌گویند که نسبت ژنوم عملگر بیولوژیک به کل ژنوم در انسان، بر اساس ژنومیک مقایسه‌ای بین هشت تا ۱۵ درصد متغیر است. با این حال، برخی دیگر به طور متقابل با تکیه صِرف بر برآورد بر پایه ژنومیک مقایسه‌ای، با توجه به دامنه محدود آن، مخالف هستند، چرا که با بررسی زیست‌شناسی رشدی فرگشتی، نقش دی. ان.‌ای بی‌رمز در وراژن‌شناسی (اپی ژنتیک)، شبکه‌های پیچیده شبکه تنظیم‌کننده ژن و فعل و انفعالات ژنتیکی یافت شده است.

یافته‌های این مطالعه در مجله Nature Communications منتشر شده است.