ديناميكيات تطور تحديد الجنس في Branchiostoma belcheri مدفوعة بانتقالات متكررة لجين وحيد جديد

كيف يعيد مخلوق بحري صغير ترتيب قواعد كونه ذكراً أو أنثى

في معظم كتب المدرسة يُعرض الجنس كمسألة بسيطة من كروموسومات X وY، لكن في كثير من الكائنات الحية تكون القواعد أكثر مرونة. تنظر هذه الدراسة إلى حيوان صغير شبيه بالسمكة يُدعى الأمفيوكسس، قريبي الفقاريات، وتكشف نظاماً ديناميكياً غير متوقع لتحديد من يصبح ذكراً أو أنثى. من خلال تتبع تحركات جين واحد عبر الجينوم، يظهر الباحثون كيف يمكن أن تولد مفاتيح تحديد الجنس، وتنتقل، وتفقد جزءاً من وظيفتها، كل ذلك داخل نوع واحد.

حيوان بسيط بمفتاح جنسي معقد

يعيش الأمفيوكسس، أو الرماحيات، مدفوناً في رمال ضحلة ويحتل موقعاً محورياً على شجرة التطور بين اللافقاريات والفقاريات. أظهرت أعمال سابقة أن عدة أنواع من الأمفيوكسس، بما في ذلك Branchiostoma belcheri، تمتلك نظام ZW حيث تحمل الإناث كروموسومات Z وW، لكن هذه الكروموسومات تبدو متشابهة تقريباً تحت المجهر. هذا يجعل من الصعب تحديد مناطق الحمض النووي المسؤولة عن تحديد الجنس بدقة. باستخدام تراكيب جينومية جديدة وعالية الجودة من أفراد متعددين من B. belcheri، أعاد الباحثون فحص مواقع مناطق تحديد الجنس وكيف تختلف بين الذكور والإناث.

جين رئيسي واحد، يُنسخ ويُنقل

ركز الفريق على جين يسمى tesD، الذي ينشط فقط في الخصيتين في ثلاثة أنواع من الأمفيوكسس. باستخدام تحرير الجينات CRISPR في النوع القريب B. floridae، أوقفوا عمل tesD. الذكور الوراثيون الذين افتقروا إلى tesD الوظيفي لم يعد لديهم خصيتان وبدلاً من ذلك طوروا مبايض، مع بقائهم بصحة جيدة بخلاف ذلك. هذا يوضح أن tesD ضروري ومحدد لتطور الذكر، ويعمل كمفتاح رئيسي في المسار الذي يؤدي إلى أعضاء إنتاج الحيوانات المنوية. ومن المثير أن جينات مماثلة غائبة عن الفقاريات، مما يشير إلى أن هذا حل قديم لدى الحبلانيات استُبدل لاحقاً في سلالتنا الخاصة.

منطقتان خاصتان بالإناث ولدتا من حمض نووي قافز

في B. belcheri نفسها، اكتشف المؤلفون منطقتين مميزتين خاصتين بالإناث على الكروموسوم 13، لا واحدة فقط. تحتوي كلتا المنطقتين على نسخ إضافية من tesD، أُطلق عليهما اسما tesDwa وtesDwb. لم تنشأ هذه النسخ عن طريق تكرار بسيط بجانب الجين الأصلي؛ بل حملتها قطع متحركة من الحمض النووي تُسمى الانتقالات (transposeons)، التي تستطيع قص ولصق نفسها في أنحاء الجينوم. استقرت إحدى مناطق تحديد الجنس داخل جين يسمى twai، وأدرجت الأخرى في الطرف الذنبي لجين يسمى vps9c. أظهرت المسوح الجينية والاختبارات الموجهة بواسطة PCR أن نحو نصف الإناث يحملن المنطقة الأقدم التي تحتوي على tesDwa، والنصف الآخر يحمل المنطقة الأحدث التي تحتوي على tesDwb، بينما يغيب كلتاهما لدى الذكور عادة.

كيف تساعد النسخ المنسوخة في تكوين الإناث

وجود نسخ إضافية من جين يعزز الذكورة على كروموسوم W الخاص بالإناث يبدو متناقضاً. يكمن الحل في طريقة استخدام هذه النسخ. في المبايض، تُقرأ نسخ W المرتبطة tesDwa وtesDwb في الاتجاه المعاكس مقارنةً بجين tesD الأصلي الموجود على الصبغيات المستقلة، فتنتج رنا طويلة غير مشفرة بدلاً من بروتين. تتداخل هذه الرناوات الطويلة المضادة sense مع رسالة tesD العادية وتُنسخ مع جينات المضيف، ما يشير إلى أنها تستولي على منشطات محلية. يرتبط وجود هذه الرناوات المضادة بإيقاف عمل جين tesD الأصلي على مستوى الحمض النووي لدى الإناث، كما أظهرت اختبارات نفاذية الكروماتين. فعلياً، تعمل نسخ W ككابحات، تطفئ مفتاح الذكورة وتوجه التطور نحو تكوين المبايض.

عندما يقفز مفتاح الجنس ويصبح صامتاً

المنطقة الأحدث التي تحتوي tesDwb لا تزال متحركة. تحمل الانتقالات المحيطة بها هياكل تكرارية سليمة تشير إلى نشاط حديث، ووجد المؤلفون أفراداً حيث قفزت هذه الكاسيتة من كروموسوم W إلى كروموسومات عادية (أوتوسومية)، بما في ذلك التيلومير وداخل إنتيرون لجين آخر. في هذه المواضع الجديدة، مع ذلك، لا يُنسخ tesDwb، يفقد تأثيره القاطع على tesD، ولم يعد مرتبطاً بالجنس. يحمل نحو 5–10% من كل من الذكور والإناث نسخاً «صامتة» من هذا النوع، ما يوضح كيف يمكن للوحدات المتحركة لتحديد الجنس أن تنتشر وتصبح غير نشطة وربما تُستبدل على مدى الزمن التطوري.

ماذا يعني هذا لتطور تحديد الجنس

لغير المتخصص، الرسالة الأساسية هي أن تحديد الجنس ليس أمراً ثابتاً مرة واحدة وإلى الأبد، حتى داخل نوع واحد. في B. belcheri، جين واحد يصنع الذكور، tesD، تم نسخه ونُقل بواسطة حمض نووي قافز وأعيد تدويره ليُساعد في تكوين الإناث عن طريق حجب نشاطه الخاص. تتعايش مناطق تحديد الجنس القديمة والجديدة الآن، والمنطقة الأحدث لا تزال تتحرك في الجينوم. قد يساعد هذا النوع من إعادة الترتيب المستمرة في تفسير سبب احتفاظ العديد من الحيوانات بكروموسومات جنس تبدو عادية، دون التحلل الكبير الذي تراه في كروموسوم Y البشري، ويقدّم لقطة حية لكيفية ولادة أنظمة تحديد جنس جديدة وتنافسها عبر الزمن التطوري.

الاستشهاد: Li, H., Liu, F., Li, J. et al. Evolutionary dynamics of sex determination in Branchiostoma belcheri driven by repeated transposition of a single novel gene. Nat Commun 17, 1616 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-68322-6

الكلمات المفتاحية: تحديد الجنس, الأمفيوكسس, العناصر القابلة للنقل, الـ lncRNA, علم الوراثة التطوري