Sains & Teknologi

Kompleksitas Tersembunyi DNA: Penelitian Baru Menantang Kepercayaan Lama Tentang Peralihan Gen

Konsep Mutasi DNA Genetika
Peningkat gen yang tumpang tindih menantang model modular, mengungkap regulasi genom kompleks dengan implikasi evolusioner.

Temuan dari Universitas Bonn dan LMU Munich menantang asumsi sebelumnya.

Urutan tertentu dalam genom mengatur aktivasi atau deaktivasi gen. Elemen peraturan ini, yang dikenal sebagai peningkat, secara tradisional diyakini menempati lokasi berbeda di dunia DNA. Akibatnya, peningkat yang mengendalikan gen yang sama tetapi mengaktifkannya di bagian tubuh yang berbeda dianggap beroperasi secara independen, terpisah satu sama lain di sepanjang genom.

Sebuah studi terbaru dari Universitas Bonn dan LMU Munich menantang gagasan ini. Temuan ini juga penting karena peralihan gen diperkirakan memainkan peran sentral dalam evolusi. Studi ini telah dipublikasikan di jurnal Kemajuan Ilmu Pengetahuan.

Cetak biru bentuk tumbuhan dan hewan dikodekan dalam DNA mereka. Namun hanya sebagian kecil dari genom – sekitar dua persen pada mamalia – yang mengandung gen, yang merupakan petunjuk untuk membuat protein. Sisanya sebagian besar mengontrol kapan dan di mana gen-gen ini aktif: berapa banyak transkripnya yang dihasilkan, dan dengan demikian berapa banyak protein yang dibuat dari transkrip tersebut.

Beberapa rangkaian peraturan ini, yang disebut 'peningkat', bekerja seperti saklar peredup yang digunakan untuk memodulasi cahaya di ruang tamu kita. Memang, mereka secara khusus meningkatkan ekspresi gen tertentu, di mana dan kapan gen tersebut diperlukan. Gen yang mengendalikan morfologi sering kali merespons beberapa peningkat independen, yang masing-masing menentukan ekspresi gen di bagian tubuh berbeda.

Pengendalian peningkat Drosophila pewarnaan

Hingga saat ini, peningkat dianggap bersifat modular. Istilah ini menyiratkan bahwa setiap peningkat menempati bentangan DNA yang terisolasi. “Namun kami telah menunjukkan bahwa hal ini tidak sepenuhnya benar,” jelas Mariam Museridze. Dia adalah mahasiswa PhD di Institut Biologi Organisme Bonn dalam kelompok Prof. Dr. Nicolas Gompel dan penulis pertama studi tersebut. Gompel juga merupakan anggota Area Penelitian Transdisipliner (TRA) 'Kehidupan & Kesehatan' di Universitas Bonn.

Perut Lalat
Gambar tersebut menunjukkan perut lalat yang wilayah penambahnya telah dimodifikasi. Bergantung pada seberapa banyak dan bagian mana dari wilayah yang dimodifikasi, pola pigmen di berbagai area berubah. Hal ini menunjukkan bahwa wilayah tersebut mengandung beberapa peningkat non-modular (biru = ekspresi gen kuat; merah = ekspresi gen lemah). Kredit: Mariam Museridze / Universität Bonn

Para peneliti mempelajari bagaimana sebuah gen disebut kuning diatur pada lalat buah Drosophila. Gen ini menyebabkan serangga menghasilkan pigmen melanin berwarna kecoklatan. Ada sejumlah peningkat yang mengontrol aktivitas kuning. Salah satunya, misalnya, bertanggung jawab atas pigmentasi gigi belatung, sementara yang lain bertanggung jawab atas pembentukan pola belang pada perut lalat.

“Kami telah mengamati lebih dekat dua dari peningkat ini,” kata Museridze. Yang pertama mengontrol pembentukan pola warna pada sayap, sedangkan yang kedua mengontrol pewarnaan kepala, dada, dan perut. Keduanya aktif secara bersamaan pada saat lalat bermetamorfosis. Tim menemukan bahwa penambah tubuh, seperti yang diharapkan, tidak terletak di wilayah DNA yang berbeda dari peningkat sayap. Sebaliknya, terdapat wilayah DNA yang luas yang dimiliki oleh kedua saklar gen, yaitu wilayah tersebut mempengaruhi pigmentasi pada sayap dan tubuh.

Hasilnya menunjukkan bahwa arsitektur rangkaian peraturan dalam genom jauh lebih kompleks daripada yang diperkirakan sebelumnya. Hal ini memiliki implikasi yang luas terhadap perubahan sifat selama evolusi. Menurut pengetahuan saat ini, peningkat memainkan peran kunci dalam proses ini.

Enhancer sebagai taman bermain evolusi

Hal ini karena banyak protein yang sangat penting bagi suatu organisme sehingga mutasi pada gennya (yaitu rangkaian DNA yang berisi instruksi untuk membangun protein) akan menyebabkan masalah serius atau bahkan kematian. Akibatnya, gen yang mengontrol bentuk tubuh, seperti jumlah sayap atau kaki, jarang berubah seiring berjalannya evolusi. Enhancer menawarkan jalan keluar dari dilema ini: ketika mereka bermutasi, aktivitas gen terkait berubah, tetapi hanya pada jaringan tertentu dan pada waktu tertentu.

“Oleh karena itu, biaya untuk memutasi suatu bahan peningkat seringkali lebih rendah dibandingkan biaya untuk memutasi gen secara langsung,” kata Mariam Museridze. Hal ini memudahkan munculnya sifat-sifat baru selama evolusi. Ini seperti membuat kue: Jika Anda mencampurkan telur, tepung, susu, dan gula, Anda bisa mendapatkan jenis adonan yang sangat berbeda, bergantung pada rasio pencampuran. Dalam metafora ini, peningkat akan bertanggung jawab atas kuantitas bahan, bukan jenis bahan.

Mutasi genetik seperti mengganti satu bahan secara tidak sengaja dengan bahan yang sama sekali berbeda – misalnya, menggunakan serbuk gergaji sebagai pengganti tepung. Hasilnya tentu tidak akan terasa enak. Sebaliknya, mutasi pada bahan peningkat akan mengubah jumlah tepung. “Jika peningkat tidak bersifat modular seperti yang kita duga, ini berarti mutasi pada peningkat dapat memiliki efek yang lebih luas,” kata Museridze.

Artinya mutasi tersebut dapat mempengaruhi jumlah beberapa bahan secara bersamaan. Namun, ada kemungkinan juga bahwa peningkat tetap mempertahankan independensinya dan terus mengontrol jumlah bahan tunggal, meskipun rangkaiannya saling terkait dan digunakan bersama. “Kami sekarang ingin menyelidiki kemungkinan-kemungkinan ini secara lebih rinci,” jelas Profesor Gompel. “Kami juga ingin mengetahui seberapa umum temuan kami dan bagaimana hal ini memengaruhi pemahaman kami tentang mekanisme evolusi.”

Referensi: “Rangkaian penambah yang terjerat dan non-modular menghasilkan aktivitas spasial independen” oleh Mariam Museridze, Stefano Ceolin, Bettina Mühling, Srishti Ramanathan, Olga Barmina, Pallavi Santhi Sekhar dan Nicolas Gompel, 20 November 2024, Kemajuan Ilmu Pengetahuan.
DOI: 10.1126/sciadv.adr9856

Prof Gompel dan kelompok penelitiannya memulai studinya di LMU Munich dan menyelesaikannya di Universitas Bonn. Universitas California di Davis, AS, juga terlibat dalam penelitian ini. Studi ini didanai oleh German Research Foundation (DFG) dan LMU Munich.

Related Articles

Tinggalkan Balasan

Alamat email Anda tidak akan dipublikasikan. Ruas yang wajib ditandai *

Back to top button
This site is registered on wpml.org as a development site. Switch to a production site key to remove this banner.