Xuehua Zhong (në të djathtë), profesoreshë e biologjisë në WashU, studion strategjitë evolucionare që bimët përdorin për të lulëzuar dhe për të mbijetuar. Ajo studion shpesh *Arabidopsis thaliana*, ose thale cress. Kredi: Sean Garcia, WashU.
Biologët në Universitetin e Uashingtonit në Shën Luis kanë zbuluar origjinën e një dyfishimi kurioz që u jep bimëve mënyra të shumta për të anashkaluar udhëzimet që janë të koduara në ADN-në e tyre. Ky kërkim mund t’u ndihmojë shkencëtarëve të shfrytëzojnë sistemet. ekzistuese të bimëve për të favorizuar tipare që i bëjnë ato më rezistente ndaj ndryshimeve mjedisore, si stresi nga nxehtësia ose thatësira.
Studimi i udhëhequr nga Xuehua Zhong, profesoreshë e biologjisë në Arte dhe Shkenca, u publikua më 6 nëntor në *Science Advances*.
Kërkimi i ri i Zhong fokusohet në metilimin e ADN-së, një proces biologjik normal në qelizat e gjalla ku grupe të vogla kimike të quajtura grupe metile shtohen në ADN. Kjo veprimtari kontrollon se cilët gjene aktivizohen ose çaktivizohen, gjë që ndikon në tipare të ndryshme—përfshirë mënyrën se si organizmat i përgjigjen mjedisit të tyre.
Një pjesë e kësaj detyre përfshin ndalimin, ose çaktivizimin, e pjesëve të caktuara të ADN-së që lëvizin brenda gjenomit të organizmit. Këto të ashtuquajtura gjene kërcimtare, ose transpozona, mund të shkaktojnë dëmtime nëse nuk kontrollohen. I gjithë procesi rregullohet nga enzimat, por gjitarët dhe bimët kanë zhvilluar enzima të ndryshme për të shtuar grupe metile.
“Gjitarët kanë vetëm dy enzima kryesore që shtojnë grupe metile në një kontekst të vetëm të ADN-së, por bimët në të vërtetë kanë enzima të shumta që e bëjnë këtë në tre kontekste të ADN-së,” tha Zhong, e cila është Shkencëtarja e Shquar e Dekanit dhe drejtuese e programit për bioshkenca bimore dhe mikrobike në WashU. “Ky është fokusi i studimit tonë. Pyetja është—pse bimët kanë nevojë për enzima shtesë metilimi?”
Duke parë përpara, kërkimi i Zhong mund të hapë rrugën për inovacione në bujqësi duke përmirësuar rezistencën e të korrave. “Disa gjene ose kombinime gjenesh kontribuojnë në tipare ose karakteristika të caktuara,” shpjegoi Zhong. “Nëse zbulojmë saktësisht se si rregullohen ato, atëherë mund të gjejmë një mënyrë për të inovuar teknologjinë tonë për përmirësimin e të korrave.”
**Evoluimi i funksioneve të ndryshme**
Studimi i ri është përqendruar rreth dy enzimave që gjenden specifikisht te bimët: CMT3 dhe CMT2. Të dyja enzimët janë përgjegjëse për shtimin e grupeve metile në ADN, por CMT3 është e specializuar në pjesët e ADN-së të quajtura sekuencat CHG, ndërsa CMT2 është e specializuar në pjesë të ndryshme të quajtura sekuencat CHH.
Megjithëse kanë dallime funksionale, të dyja enzimët janë pjesë e familjes së njëjtë të kromometilazave (CMT), e cila evoluoi përmes ngjarjeve të dyfishimit që u ofrojnë bimëve kopje shtesë të informacionit gjenetik.
Duke përdorur një bimë të zakonshme model të quajtur *Arabidopsis thaliana*, ose thale cress, Zhong dhe ekipi i saj hetuan se si këto enzima të dyfishuara evoluan funksione të ndryshme me kalimin e kohës. Ata zbuluan se diku gjatë linjës evolucionare, CMT2 humbi aftësinë për të metiluar sekuencat CHG. Kjo ndodh sepse i mungon një aminoacid i rëndësishëm i quajtur arginine.
“Arginina është e veçantë sepse ka ngarkesë,” tha Jia Gwee, një studente e diplomuar në biologji dhe bashkautore e parë e studimit. “Në një qelizë, ajo është e ngarkuar pozitivisht dhe kështu mund të formojë lidhje hidrogjeni ose ndërveprime të tjera kimike me, për shembull, ADN-në e ngarkuar negativisht.”
Megjithatë, CMT2 ka një aminoacid tjetër—valinë. “Valina nuk ka ngarkesë, kështu që nuk është në gjendje të njohë kontekstin CHG si CMT3. Kjo është ajo që ne mendojmë se kontribuon në dallimet midis dy enzimave,” tha Gwee.
Për të konfirmuar këtë ndryshim evolucionar, laboratori i Zhong përdori një mutacion për të rikthyer argininën në CMT2. Siç pritej, CMT2 ishte në gjendje të kryente si metilimin CHG ashtu edhe atë CHH. Kjo sugjeron se CMT2 ishte fillimisht një kopje e CMT3, një sistem mbështetës për të lehtësuar ngarkesën teksa ADN-ja u bë më komplekse.
“Por në vend që të kopjonte thjesht funksionin origjinal, zhvilloi diçka të re,” shpjegoi Zhong.
Ky kërkim gjithashtu ofroi njohuri mbi strukturën unike të CMT2. Enzima ka një N-terminal të gjatë dhe fleksibël që kontrollon stabilitetin e vet proteinik. “Kjo është një nga mënyrat që bimët evoluan për stabilitetin e gjenomit dhe për të luftuar streset mjedisore,” tha Zhong. Ky veçori mund të shpjegojë pse CMT2 evoluoi në bimë që rriten në një shumëllojshmëri të gjerë kushtesh në të gjithë botën.
Shumica e të dhënave për këtë studim vijnë nga Projekti i 1001 Gjenameve, që synon të zbulojë variacionin e sekuencës së plotë të gjenomit në lloje të ndryshme të *A. thaliana* nga e gjithë bota.
“Po shkojmë përtej kushteve laboratorike,” tha Zhong. “Po shikojmë të gjitha llojet e egra te bimët duke përdorur këtë grup të dhënash më të madh.”
Ajo beson se një pjesë e arsyes pse *A. thaliana* ka evoluar për të lulëzuar pavarësisht stresit mjedisor është për shkak të diversifikimit që ndodh gjatë procesit të metilimit, përfshirë ato transpozona që kërcasin. “Një kërcim mund të ndihmojë llojet të përballen me kushte të vështira mjedisore.”
