Ana sayfa 150. Sayı Darwin devrimi – 5: Nihai genetik varyasyon (DNA) düzeyi

Darwin devrimi – 5: Nihai genetik varyasyon (DNA) düzeyi

316
PAYLAŞ

Ergi Deniz Özsoy

DNA düzeyindeki genetik çeşitliliği temel alan evrimsel genetik çalışmaların önce tek tek “aday” genler üzerine odaklanan ve ardından genom düzeyindeki çeşitlilik üzerinden olası türleşme genlerinin saptanmasına dek uzanan geniş bir kavrayışı ifade eden gelişmeler son 20 yıla damgasını vurdu.

Geçen ayki yazımızda proteinlerdeki amino asit yer değişimlerinin sonucu olarak ortaya çıkabilen protein çeşitliliği üzerinden kavranan genetik çeşitliliğin evrimsel biyolojide yarattığı büyük dönüşüm ve ivmelenmeden söz etmiştik. Kendinden önceki genetik çeşitlilik tanımlama yöntemlerini büyük oranda gölgede bırakan ve Kuhnvari bir paradigma değişimine yol açan allozim elektroforezi yöntemi, bununla birlikte, içerdiği teknik kısıtlamalar dolayısıyla, bir türün sahip olduğu genetik çeşitlilik miktarının ancak belirli bir bölümünü ortaya koyabilmekteydi. Bu tekniğin kullanılmaya başladığı dönemlerden bu yana bilinen ve özellikle seçilimci-nötral evrimci kutuplaşma dâhilinde iyice kronikleşen bu sorunun, DNA düzeyindeki ve dolayısıyla nihai durumdaki genetik varyasyonun saptanabilmesiyle aşılabileceği de araştırıcılarca hep açık şekilde kavranmaktaydı. Bir gendeki Protein elektroforezi ile saptanabilen farklı form (alel) sayısını artırabilen kimyasal müdahaleler (örneğin, farklı yürütme tamponları, sıcaklık ve iyon konsantrasyon düzeyleri) sonucunda belirli bir aşama kaydedilmesine karşın, protein düzeyindeki farklı form sayısının artışının DNA’daki daha çok sayıdaki farklılığın işareti olabileceğinin anlaşılması1, genetik çeşitliliği DNA seviyesinde ifade etmenin birincil önemine işaret etmekteydi.

Bu sorunun aşılmasına ilişkin ilk işaretleri 1970’lerin sonlarına doğru DNA dizilenme yönteminin keşfi vermekteydi.2 DNA dizilenmesinin yarattığı büyük dönüşümün, temel sorunsalı genetik varyasyon üzerine inşa edilmiş evrimsel biyolojiye yansımaması elbette beklenemezdi ve nitekim DNA dizisi üzerinden bir gendeki genetik çeşitliliği bütün yüzleri ile ele alan ilk çalışma Drosophila melanogaster’deki,  evrimsel genetiğin bir locus classicus’u haline gelmiş olan Adh (alkol dehidrogenaz) genindeki varyasyona odaklanmaktaydı.3

Alkol dehidrogenaz geni, D. melanogaster’in doğal ortamında yer alan alkolün parçalanmasında ve enerji metabolizmasında kullanılmasına olanak veren anahtar genlerden biriydi ve protein elektroforeziyla tanımlanan iki yaygın forma sahipti. Bu formların arasındaki tek bir amino asit farkından kaynaklanan biyokimyasal ve fizyolojik farkların, bu formların beş kıtadaki benzer dağılım örüntülerini izah edebildiği düşünülmesine karşın4, Adh geninin diğer kimi gen ve kromozom çeşitlilik biçimleriyle olan ilişkisi, dağılım örüntüsü altında yatan nedenlerin sadece bu gendeki farklılıklardan kaynaklanmayabileceğine de işaret etmekteydi.5

Nitekim Martin Kreitman’ın yukarda anılan ve Adh genini model alan, DNA düzeyindeki ilk evrimsel genetik analizi, sadece tek bir gen düzeyinde bile hikâyenin oldukça karmaşık bir hal alabileceğini göstermekteydi: Örneğin, elektroforetik olarak ayrılabilen protein düzeyinde, yek bir amino asit farkından kaynaklanan iki genetik form bulunmasına karşın, bu formlardan her biri kendi içinde nükleotid bazları açısından çeşitlilik göstermekteydi. Her iki elektroforetik form toplamda 43 baz çifti noktası bakımından farklıydı! Ayrıca, sadece baz çifti yer değiştirmelerinden kaynaklanmayan, görece az sayıda da olsa, Adh genine hareketli genetik elementlerin girip çıktığına işaret eden baz fazlalıkları ve eksilmeleri de mevcuttu. Daha da önemlisi, genin protein yapısına amino asit sağlayan bölgeleri ile sağlamayan bölgeleri arasında, doğal seçilimin varlığına işaret eder şekilde, bariz genetik çeşitlilik farkları bulunuyordu. Hepsinden önemlisi, protein seviyesinde sadece iki farklı formla doğal olarak temsil edilen genin DNA seviyesindeki bu son derece artmış çeşitliliği, coğrafi olarak farklı popülasyonlardan gelme Adh formları içinde saptanmıştı. Bir başka deyişle, DNA düzeyindeki çeşitliliği coğrafi etkenler çerçevesinde ya da coğrafi bölümlenmenin yarattığı nedenler dâhilinde açıklamanın mümkün olacağı görülüyordu.

Evrimsel genetiğin DNA dizisi ile ilk teması diyebileceğimiz bu çalışma, doğal popülasyonlardaki nihai genetik çeşitlilik miktarının dağılımı ve bu dağılımın nedenleri hakkında fikir verebilecek parametrelerin hesaplanmasını da mümkün kılmaktaydı. Nitekim DNA seviyesindeki çeşitlilik miktarı ile bu çeşitliliğin dağılımı arasındaki ilişkiyi doğal seçilimin varlığının araştırılması bağlamında istatistiksel bir test ile tanımlayan kuramsal çerçevenin Adh ve benzer genetik dizi analizlerini takiben ortaya konmuş olması da şaşırtıcı değildir.6,7 Yine, adaptif protein evrimi konusundaki ilk yaklaşımın ve test argümanının Drosophila melanogaster ve ona yakın akraba türlerdeki Adh DNA dizisi karşılaştırılmaları üzerinden tanımlandığını da geçmeden söyleyelim.8

Uzun yıllar boyunca hem protein çeşitliliği hem de bu çeşitliliği biçimlendiren coğrafi ve iklimsel, biyokimyasal ve fizyolojik parametreler çerçevesinde evrimsel biyolojinin önemli modellerinden biri olmuş Drosophila Adh genindeki nihai (DNA) genetik çeşitliliğin tüm yönleriyle saptandığı bu çalışma, sonraki benzeri çalışmalara esin kaynağı olmuş ve bütün türlere uygulanabilen temel bir takım istatistiksel yaklaşımların ortaya çıkmasını da teşvik etmiştir. DNA seviyesinde saptanan, genin işleve dönüşen-dönüşmeyen tüm kısımlarındaki genetik çeşitliliğin, tür-içi evrimsel değişimler hakkında sağladığı olağanüstü bilgi derinliğinin yanı sıra, aynı ya da farklı coğrafyalarda yaşayan, aralarında belli derecelerde akrabalık ilişkileri bulunan farklılaşmış taksonomik birimlerin farklılaşma dereceleri hakkında bilgi vermesi ve hatta bu farklılaşmaların adına tür dediğimiz, büyük oranda yalıtık ve kesintili varlıklar şeklinde organizasyonunun izahı bakımından anlamlandırılması da kaçınılmazdı.

Sonuç itibarıyla, DNA düzeyindeki genetik çeşitliliği temel alan evrimsel genetik çalışmaların önce tek tek “aday” genler üzerine odaklanan ve ardından genom düzeyindeki çeşitlilik üzerinden olası türleşme genlerinin saptanmasına dek uzanan geniş bir kavrayışı ifade eden gelişmeler son 20 yıla damgasını vurmuş durumdadır.

Yazımızın önümüzdeki ayki konusu, türleşme genetiği ve genomu üzerine yapılan örnek çalışmalara odaklanacak. Önümüzdeki ay, Darwin’den bu yana yapılan sayısız araştırmaya konu olmuş doğal bir laboratuvar konumundaki Galapagoslar’daki Darwin ispinozları ve türleşmelerine bakacağız. Ayrıca, yine en önemli türleşme modellerinden birini veren Doğu Afrika’daki krater göl sistemindeki cichlid balıklarındaki farklı türlerin oluşumuna varan evrimsel değişimleri DNA düzeyinden ele alan çok yakın tarihli genomik bir araştırmanın sonuçlarını özetleyeceğiz. Böylece, Darwin devrimini çok özet biçimiyle konu edinen dizimizin de sonuna gelmiş olacağız.

Kaynaklar

1) Antonio Barbadilla, Lynn M. King ve Richard C. Lewontin, 1996. What Does Electrophoretic Variation Tell Us About Protein Variation? Mol. Biol. Evol. 13: 427-432.

2) F. Sanger, S. Nicklen ve A. R. Coulson, 1977. DNA sequencing with chain-terminating inhibitors. PNAS 74: 5463-5467.

3) Martin Kreitman, 1983. Nucleotide polymorphism at the alcohol dehydrogenase locus of Drosophila melanogaster. Nature 304: 412-417.

4) Wilke van Delden, 1982. The alcohol dehydrogenase polymorphism in Drosophila melanogaster: Selection at an ezyme locus. Evol. Biol. 15: 187-222.

5) Wilke van Delden ve A. Kamping, 1989. The association between the polymorphisms at the Adh and αGpdh loci and the In(2L)t inversion in Drosophila melanogaster in relation to temperature. Evolution 43: 775-793.

6) Fumio Tajima, 1989. Statistical Method for Testing the Neutral Mutation Hypothesis by DNA Polymorphism. Genetics 123: 585-595.

7) Yun-Xin Fu’ ve Wen-Hsiung Li, 1993. Statistical Tests of Neutrality of Mutations. Genetics 133: 693-709.

8) John. M. NcDonald ve Martin Kreitman, 1991. Adaptive protein evolution at the Adh locus in Drosophila. Nature 351: 652-654.