محققان اولین نگاهی به تغییرات ژنتیکی گسترده ای داشته اند که با کاهش تولید مثل در جمعیت های همخون همراه است.
اگرچه دانشمندان برای بیش از یک قرن می‌دانستند که جمعیت‌های کوچکی از گیاهان یا حیوانات نزدیک به هم احتمالاً از موفقیت باروری پایین رنج می‌برند، مکانیسم دقیقی که توسط آن «افسردگی همخونی» رخ می‌دهد هنوز موضوع بحث است.
مطالعه جدید، در Conservation Biology، اولین مطالعه ای است که به افسردگی همخونی می پردازد، زیرا به بیان همه ژن های یک موجود زنده مربوط می شود - تا ببیند کدام یک کم و بیش در جمعیت های همخون فعال هستند و چه می کنند.
با جفت گیری مگس های میوه نر و ماده که از نظر ژنتیکی با یکدیگر یکسان بودند، محققان دانشگاه ایلینویز توانستند تعیین کنند که شباهت ژنتیکی مگس ها چقدر موفقیت باروری آنها را کاهش می دهد. آنها آزمایش را در شش خط مگس میوه تکرار کردند که به جز ترکیب یکی از کروموزوم های آنها با یکدیگر یکسان بود. فقط ژن های کروموزوم سه بین خطوط متفاوت بود.
محققان همچنین سه لاین همخون را با هم تلاقی دادند و خطوط همزاد را ایجاد کردند که می‌توان آنها را با خطوط همخون مقایسه کرد.
با استفاده از ریزآرایه های الیگونوکلئوتیدی، که می تواند فعالیت همه ژن های یک موجود زنده را به یکباره اندازه گیری کند، محققان توانستند ببینند که کدام ژن ها در مقایسه با همخون کم و بیش فعال هستند (تنظیم شده یا پایین تر). خطوط خارج از نژاد.
شش خط همخون مگس میوه تفاوت زیادی در درجه افسردگی همخونی نشان دادند، از 24 تا 79 درصد در مقایسه با مگس های غیر همخون.محققان همچنین دریافتند که 567 ژن در لاین های افسردگی همخونی بالا در سطوح بالاتر یا پایین تر از همان ژن ها در سایر لاین های همخون بیان می شوند. تنها 62 درصد از این ژن‌ها روی کروموزوم سه قرار داشتند (تنها کروموزوم که بین خطوط متفاوت بود) که نشان می‌دهد تنوع در کروموزوم سه باعث تغییر بیان ژن در کروموزوم‌های دیگر شده است.
کن پیج، پروفسور زیست شناسی جانوری و رئیس بخش، که رهبری این مطالعه را بر عهده داشت، گفت: «این نتایج نشان می دهد که میزان قابل توجهی از افسردگی همخونی به دلیل چند ژن کلیدی است که بر بیان ژن های دیگر تأثیر می گذارد.»پیج گفت:نکته قابل توجه تغییرات یکسان در بیان 46 ژن در هر سه لاین افسردگی همخونی بالا بود که آنها را برای مطالعه بیشتر مورد توجه قرار داد.
ژن‌های مرتبط با افسردگی همخونی را می‌توان به سه دسته عملکرد کلی دسته‌بندی کرد: آنهایی که در متابولیسم، استرس و دفاع نقش دارند. پیج گفت: این یک یافته شگفت‌انگیز است، "زیرا ما به همخونی به عنوان یک فرآیند تصادفی فکر می‌کنیم."
بسیاری از ژن های متابولیک در مگس های همزاد تنظیم شده بودند، و همچنین ژن هایی که با پاتوژن ها مانند باکتری ها یا ویروس ها مبارزه می کنند. گروه سوم از ژن‌ها کاهش یافتند. آنها پروتئین هایی را کد می کنند که از بدن در برابر اتم ها و مولکول های فعال محافظت می کنند که می توانند به سلول ها آسیب برسانند.
پیج گفت:این تغییرات در بیان ژن باعث دور شدن انرژی از تولید مثل و تضعیف برخی عملکردهای اساسی سلولی می شود.
تصور می‌شود که افسردگی همخونی ناشی از الگوی مضر ژن‌های ارثی است. به طور کلی، ارگانیسمی با دو والدین دارای دو نسخه از هر ژن است - یکی مادری و دیگری پدری. به این طعم های مختلف یک ژن، آلل می گویند. اگر آلل های مادری و پدری متفاوت باشند، معمولاً یکی از آنها غالب است و تمام ویژگی های آن را به فرزندان می دهد. آلل دیگر خاموش شده "مغلوب" نامیده می شود.
برخی آلل ها برای سلامتی مضر هستند. بیشتر اینها مغلوب هستند، به این معنی که مشکلی ایجاد نمی کنند مگر اینکه ارگانیسم دو نسخه از آنها را به ارث ببرد - یکی از هر والدین.هنگامی که آلل ها متفاوت هستند، یکی (الل غالب) اغلب اثرات مضر دیگری را می پوشاند.
اما تعامل آلل های والدین در فرزندان آنها می تواند بسیار پیچیده باشد. گاهی اوقات یک آلل باعث بیماری یا اختلال می شود حتی اگر با یک آلل دیگر جفت شود. گاهی چندین ژن روی یک صفت تأثیر می‌گذارند. و گاهی اوقات دو آلل مختلف می‌توانند منجر به سطح بالاتری از فعالیت ژن نسبت به هر یک از والدین شوند (این پدیده آخری بیش از حد نامیده می‌شود).
وقتی افراد نزدیک به هم جفت می شوند، فرزندان آنها احتمالاً برای بسیاری از صفات دارای آلل های یکسان خواهند بود. بسیاری از آلل های مغلوب بالقوه مضر دیگر توسط آلل های غالب پوشانده نمی شوند، بنابراین اختلالات ژنتیکی بیشتری ایجاد می شود. به طور مشابه، فرزندانی که دو آلل یکسان را برای برخی از صفات به ارث می برند، پس از غلبه بیش از حد، هر گونه مزیتی را از دست خواهند داد.
زیست‌شناسان مدت‌هاست به این فکر می‌کردند که کدام یک از این مکانیسم‌ها باعث نارسایی‌های تولیدمثلی در جمعیت‌های همخون می‌شود. پیج گفت: «این هنوز در حال بحث است.»
مطالعه جدید نشان داد که حدود 75 درصد از کاهش تولیدمثلی که در مگس‌های همخون مشاهده می‌شود، می‌تواند به از دست دادن آلل‌های غالب و متعاقب آن «پاک کردن» آلل‌های مضر نسبت داده شود. با کمال تعجب، داده ها همچنین نشان داد که 25 درصد از کاهش ها به دلیل از دست دادن تسلط بیش از حد بوده است.
پیج گفت: «این بدان معناست که ما دو مکانیسم در حال انجام هستیم. "یکی غالب است، اما دیگری ممکن است مهم باشد."
پیج گفت: این واقعیت که تعداد نسبتاً زیادی از ژن ها تحت تأثیر همخونی قرار می گیرند، خبر بدی برای حامیانی است که امیدوارند جمعیت کوچکی از گیاهان یا حیوانات را از انقراض نجات دهند.
به این معنی است که هیچ راه حل آسانی برای مشکل جمعیت های همخون وجود ندارد. او گفت که بهترین رویکرد این است که سعی کنیم تنوع ژنتیکی در جمعیت های طبیعی را قبل از شروع لغزش آنها به سمت یک "گرداب انقراض" حفظ و حفظ کنیم.
همکار نویسندگان این مطالعه شامل جولین آیرولز، دانشجوی فارغ التحصیل منابع طبیعی و علوم محیطی، کیمبرلی هیوز، استاد زیست شناسی جانوری، کوین رو، دانشجوی دکتری زیست شناسی حیوانات، ملیسا ریدی تکنسین زیست شناسی حیوانات، جنی درنویچ، محقق فوق دکتری زیست شناسی حیوانات، زیست شناسی حیوانات بودند. پروفسور کارلا کاسرس و پروفسور علوم جانوری ساندرا رودریگز-زاس که همچنین یکی از اعضای وابسته به موسسه زیست شناسی ژنومیک است.
