في خلية كل نبات يعمل أوركسترا، العازفون فيه أنفسهم، لكن النوتات الموسيقية تختلف من نوع لآخر. الآلة الرئيسية في هذا الأوركسترا هي بروتيازوم 26S، وهي آلة بروتينية ضخمة تفتّت البروتينات الموسومة. توجد لدى جميع حقيقيات النوى، وبنيتها محافظة بشكل مذهل: من الخميرة إلى الإنسان، لم تتغير التفاصيل تقريبًا. لكن في النباتات يتباين عدد الجينات التي ترمز إلى وحدات البروتيازوم تباينًا كبيرًا، وظل حتى الآن غير واضح كيف تؤثر هذه التضاعفات على التنظيم.
جمع المؤلفون جينات 18 نوعًا من Viridiplantae، من الطحلب أحادي الخلية Chlamydomonas reinhardtii إلى كاسيات البذور، وكشفوا بالبحث عن التماثل عن جميع جينات وحدات بروتيازوم 26S. ولكل عائلة من الوحدات بنوا مصفوفات وشجرات تطورية، ثم وفّقوا بينها وبين شجرة الأنواع لإعادة بناء تاريخ التضاعفات. ومسحوا محفزات جينات البروتيازوم بحثًا عن إثراء motifs قصيرة من الدنا، مقارنين تكرارها قرب بداية النسخ مع الخلفية في الجينوم. واستعانوا إضافة ببيانات التعديلات بعد الترجمة، وتنبؤات المناطق غير المنتظمة داخليًا، وحسابات الجهد الكهربائي الساكن.
في 16 من 18 نوعًا وُجدت جينات بروتيازوم متضاعفة، وأنماط التضاعفات خاصة بالنوع ونشأت في الأساس حديثًا. ولم تؤثر التضاعفات الجينومية الكاملة القديمة تقريبًا في توسع العائلة، أما الحديثة، مثل تلك في الطحالب الحزازية أو البقوليات، فقد تركت أثرًا. وعلى مستوى البروتينات كان الانتخاب تنقيحيًا: 4 حالات فقط من 886 أظهرت علامات انتخاب إيجابي. واقتصرت الفروق بين المتماثلات المتوازية على ضبط دقيق للجهد الكهربائي الساكن للسطح وتغيّر مواقع الفسفرة. أما التنظيم فقد تباعد أكثر بكثير: فقد استجابت المتماثلات المتوازية للضغط بطرق مختلفة، وهذا الاتجاه يُلاحظ من الطحالب الحزازية إلى كاسيات البذور.
كانت الطافرات trb4 trb5 شديدة الحساسية لمثبط البروتيازوم، واضطرب فيها تحفيز جينات البروتيازوم. وأخيرًا، كشف تحليل التطور المشترك عن شبكة من 386 بروتينًا تتطور بتوافق مع البروتيازوم ومُثراة بنفس motifs التنظيمية. وهذا يعني أن البروتيازوم مندمج في شبكة أوسع تتكيف مع احتياجات كل نوع.
يُظهر العمل لأول مرة أن آلة تفتيت البروتينات المحافظة في النباتات تتطور لا بتغيير البروتينات نفسها، بل بإعادة هيكلة المنطق التنظيمي. الأمر أشبه بأن يبقى العازفون في الأوركسترا أنفسهم، لكن يغيّر قائد الأوركسترا النوتات: في نوع يكون البروتيازوم أكثر نشاطًا استجابة للجفاف، وفي آخر استجابة للبرد. واكتشاف دور بروتينات TRB في تنظيم البروتيازوم يضيف طبقة جديدة إلى فهم كيفية تنسيق الخلية بين توازن البروتينات وعمليات أخرى، بما فيها دورة الخلية والتمثيل الضوئي. وحتى الآن هذه معرفة أساسية، لكنها ترسم اتجاهًا لتحسين النباتات المقاومة للضغوط، لأن توازن البروتينات حاسم للبقاء في الظروف غير المواتية.
في الأرابيدوبسيس، تحتوي محفزات جينات البروتيازوم على motif يوجد أيضًا في التيلوميرات، وهي الأجزاء الطرفية للكروموسومات. وقد اتضح أن البروتينات التي تحمي عادة أطراف الكروموسومات قادرة على تشغيل جينات البروتيازوم.
لم يُنشر على arXiv. هنا صفحته وملف PDF والصياغة الشكلية: يمكنك التحقق بنفسك، لا مجرد قراءة تحليلنا.