– Vi er på vei mot en ny teori for å forstå evolusjonen, en teori for å forstå tilpasning på en helt ny måte, sier professor Kjetill Sigurd Jakobsen ved Institutt for biovitenskap på Universitetet i Oslo.
Han innrømmer at det er store ord og vet at han risikerer å måte bite dem i seg.
– Men jeg føler meg veldig overbevist av den studien vi har gjort nå, sier han.
Studien han snakker om, er nylig publisert i det vitenskapelige tidsskriftet Nature Communications. Den tar for seg det som kalles korte tandemrepetisjoner, short tandem repeats (STR) på fagspråket, i genomene til mer enn 1.200 arter.
Korte tandemrepetisjoner
Et genom er ifølge Store norske leksikon den totale mengden arvemateriale i en celle, altså hele DNA-sekvensen som finnes i alle kromosomene til sammen.
– Veldig overordnet kan man dele et genom inn i unike DNA-sekvenser og repeterte DNA-sekvenser, sier forsker William Brynildsen Reinar.
Et gen det bare finnes ett av og som inneholder informasjon som ikke finnes andre steder i genomet, er et eksempel på en unik sekvens.
DNA-sekvenser er rekkefølgen av de fire nitrogenholdige basene i DNA: Adenin (A), Tymin (T), Cytosin (C) og Guanin (G). Sekvensen bærer den genetiske informasjonen som styrer cellenes funksjoner og egenskaper.
– Repetert DNA kan du igjen dele opp i ting som er repetert etter hverandre, altså i tandem, eller ting som er repetert, men som ligger på forskjellige og spredte steder i genomet.
– I denne studien ser vi på ting som er repetert i tandem og hvor det som er repetert, ikke er så veldig langt, sier Reinar.
Derav betegnelsen korte tandemrepetisjoner. Det kan være så enkelt som at en enkelt base, om det nå er en A, C, G eller T, er repetert en eller flere ganger. Eller det kan være at en AT har blitt til ATATAT.
Slik kan de korte tandemrepetisjonene, også kalt mikrosatellitter, se ut.(Illustrasjon: Lene Martinsen/BioRender (CC BY NC SA 3.0)
En annen form for mutasjoner
Slike repetisjoner er også et resultat av mutasjoner selv om de skiller seg fra såkalte punktmutasjoner der for eksempel en A byttes ut med en C.
– En gang var det en T her. Så skjedde det en mutasjon slik at det dukket opp en ny T ved siden av. Det er en enkel repetisjon. Og mutasjonsraten på slike lengdevariasjoner er mye høyere enn på punktmutasjonene, forteller Jakobsen.
De korte tandemrepetisjonene har også blitt kalt mikrosatellitter, men har ikke blitt tillagt veldig mye betydning. De har blitt sett på som nøytrale, til og med som såkalt søppel-DNA.
Selv om man har visst at de er viktige i forbindelse med lidelser som fragilt X-syndrom, Huntingtons sykdom og muskeldystrofi.
Repetisjonene kan føre til at lengden på et gen varierer fra et individ til et annet.
Annonse
– At disse lengdeforandringene korrelerer til genuttrykk, er tidligere observert hos mennesker. Vi har selv observert det hos vårskrinneblom, og senere er det vist i andre planter og i grisepopulasjoner. Det virker som at det er ganske universelt at disse lengdeforandringene korrelerer til genuttrykk og at ganske mange i hvert fall har en regulerende funksjon, sier Reinar.
Jakobsen og Reinar, som begge er tilknyttet Senter for økologisk og evolusjonær syntese (CEES), opererer ikke på et slikt detaljnivå i den ferske studien.
Som evolusjonsbiologer vil de se på de større linjene.
De ville se om de kunne finne mønstre på tvers av 1.270 arter av planter, dyr, sopp, grønnalger og andre eukaryote organismer.
– Det vi spør oss om, er hva som er tilfeldigheter og hva som er «styrt» evolusjonært når det gjelder denne typen repetisjoner, sier Jakobsen.
Kan ha større betydning enn antatt
Resultatene fra millioner av beregningstimer tyder på at de korte tandemrepetisjonene (STR) kan spille en annen og viktigere rolle enn det mange har trodd.
– Det finnes absolutt STR-er som er nøytrale, men trenden nå er at man er i ferd med å tillegge dem mer betydning, sier Jakobsen.
Og nå kommer forskerne til det de virkelig synes er spennende. Det ser nemlig ikke ut til å være tilfeldig hvor de har størst betydning.
Resultatene deres peker klart i retning av at repetisjonene er mer «aktive» i nærheten av gener som har med tilpasning å gjøre, tilpasning til endringer i miljø og klima i organismens leveområde. Og da er man ved en av grunnpilarene for hele evolusjonen.
– Vi tenker oss at de korte tandemrepetisjonene bidrar med en type finjustering av genuttrykk. Det er disse småendringene som gjør evolusjonen. Veldig mye skjer jo i små trinn som igjen påvirker overlevelse og reproduksjon, sier Jakobsen.
Gener for husholdning og gener for tilpasning
Annonse
Dette har de funnet ut ved å skille mellom det biologene kaller housekeeping-gener, gener som er knyttet til de grunnleggende funksjonene i en celle, på den ene siden, og gener som ikke gjør det på den andre siden.
De førstnevnte holder orden på «husholdningen», de sistnevnte antas å ha større betydning for evnen til å tilpasse seg.
– Det er veldig tydelig forskjell. Husholdningsgener har mye mindre variasjon i STR-er rundt genene enn ikke-husholdningsgener. Til sammen virker det kanskje som de korte tandemrepetisjonene ikke er helt nøytrale elementer, sier Reinar.
– Veldig tydelig, spør du meg, sier Jakobsen.
Og det er derfor han tyr til store ord og snakker om en ny teori for å forstå evolusjonen.
– Det vi ser her er mikroevolusjon fra generasjon til generasjon. Som igjen kan knyttes til hvordan genene blir regulert og som igjen er en tilpasningsmekanisme. Og som vi ikke har tenkt på før, sier Jakobsen.
