ژنتیک از دست دادن ویتامین C در مهره داران

* مکاتبات مربوط به این نویسنده در Département de Biologie ، Université d'Totawa ، 30 ماری کوری ، اتاوا ، انتاریو ، K1N 6N5 ، کانادا ؛تلفن: (613) 562-5800 ext. 6052 ؛نمابر: (613) 562-5486 ؛ایمیل: ac. awattou. [email protected]

این یک مقاله دسترسی آزاد است که تحت شرایط مجوز انتساب Creative Commons (http://creativeecommons. org/licenses/by/2. 5/) توزیع شده است ، که امکان استفاده ، توزیع و تولید مثل در هر رسانه ای را فراهم می کند ، به شرط کار اصلی کار اصلیبه درستی ذکر شده است.

داده های مرتبط

چکیده

ویتامین C (اسید اسکوربیک) نقش مهمی را به عنوان آنتی اکسیدان و در سنتز کلاژن ایفا می کند. این نقش های مهم و مقادیر نسبتاً زیادی ویتامین C مورد نیاز روزانه ، احتمالاً توضیح می دهد که چرا بیشتر گونه های مهره داران قادر به سنتز این ترکیب هستند. با کمال تعجب ، بسیاری از گونه ها ، مانند ماهی های Teleost ، Primates Anthropoid ، خوکچه های هندی و همچنین برخی از گونه های پرنده خفاش و Passeriformes ، ظرفیت سنتز آن را از دست داده اند. در اینجا ، ما پایه های ژنتیکی پشت تلفات مکرر را در توانایی سنتز ویتامین C و همچنین پیامدهای آنها مرور می کنیم. در همه موارد تا کنون مورد مطالعه ، عدم توانایی در سنتز ویتامین C به دلیل جهش در ژن L-gulono-γ- لاکتون اکسیداز (GLO) است که برای آنزیم مسئول کاتالیزاسیون آخرین مرحله بیوسنتز ویتامین C کد می کند. تعصب برای جهش در این ژن خاص احتمالاً به این دلیل است که از دست دادن آن فقط بر تولید ویتامین C تأثیر می گذارد. در حالی که جهش های ژن GLO در ماهی ، نخبگان آنتروپوئید و خوکچه های هندی غیرقابل برگشت هستند ، برخی از شبه زاویه های GLO موجود در گونه های BAT نشان داده شده است که در طول تکامل دوباره فعال می شوند. تصور می شود همین پدیده در برخی از گونه های پرنده Passeriformes رخ داده است. جالب اینجاست که این تلفات ژن GLO و فعال سازی مجدد با رژیم غذایی گونه های درگیر ارتباط ندارد. این نشان می دهد که از دست دادن توانایی ویتامین C یک ویژگی خنثی است.

واژه‌های کلیدی: اسید اسکوربیک ، بیوسنتز ، ژن GLO ، L-Gulono-Gamma-Lactone اکسیداز ، Pseudogene ، ویتامین C.

مقدمه

ویتامین ها ترکیبات آلی هستند که باید از رژیم غذایی به دست آیند، یا به این دلیل که یک موجود زنده آنزیم های لازم برای سنتز آنها را ندارد و یا به دلیل اینکه نمی تواند آنها را به مقدار کافی تولید کند [1]. انسان نمی تواند ویتامین های A، B1 (تیامین)، B2 (ریبوفلاوین)، B5 (اسید پانتوتنیک)، B6 (پیریدوکسین)، B7 (بیوتین)، B9 (فولات)، B12 (کوبالامین)، E و K را سنتز کند، اما قادر به سنتز است. مقداری ویتامین B3 (نیاسین) و D. آخرین ویتامین مورد نیاز انسان، ویتامین C (اسید اسکوربیک)، مورد خاصی است که این ترکیب آلی توسط اکثریت بزرگ گونه های مهره داران و بی مهرگان سنتز می شود [2-5]. جالب اینجاست که اندام مهره‌دارانی که برای سنتز ویتامین C استفاده می‌شود، در طول تکامل دو بار از کلیه به کبد تغییر کرده است، یک بار در پرندگان و یک بار در پستانداران. در حالی که ویتامین C توسط کلیه ماهی ها، دوزیستان، خزندگان و پرندگان مسن تر تولید می شود، این ویتامین توسط کبد راسته های پرندگان جدیدتر و پستانداران تولید می شود [6]. این تغییر به یک اندام بزرگتر در گونه های فعال تر به عنوان نتیجه فشارهای انتخابی برای حفظ همئوستاز بیوشیمیایی در شرایط استرس زا تفسیر شده است [2، 7]. این امر با این واقعیت منعکس می شود که مصرف روزانه توصیه شده برای ویتامین C (60 میلی گرم) انسان بالاترین میزان در بین تمام ویتامین ها است [8، 9].

ویتامین C یک ترکیب محلول در آب با خواص آنتی اکسیدانی است که از موجودات زنده در برابر استرس اکسیداتیو محافظت می کند [10]. همچنین برای سنتز کلاژن ضروری است، به همین دلیل است که مقادیر ناکافی این ویتامین منجر به اسکوربوت می شود [11]. عملکردهای دیگر آن شامل سنتز کارنیتین، انتقال دهنده های عصبی و کاتابولیسم تیروزین، در میان دیگران است [1، 12، 13].

مخمرها، گیاهان و حیوانات از مسیرهای مختلفی برای سنتز ویتامین C استفاده می کنند. مخمرها D-اریتروآسکوربات را از D-arabinose سنتز می کنند، در حالی که گیاهان ویتامین C را از GDP-D-مانوز و حیوانات ویتامین C را از UDP-D-glucuronate سنتز می کنند [14-17]. شکل (1 1) مسیر بیوسنتز ویتامین C را در حیوانات نشان می دهد که از D-glucose-1-P شروع می شود.

مسیر بیوشیمیایی سنتز ویتامین C در مهره داراناعداد نشان دهنده آنزیم های زیر هستند: 1. UDP-گلوکز پیروفسفوریلاز (EC 2. 7. 7. 9)، 2. UDP-گلوکز دهیدروژناز (EC 1. 1. 1. 22)، 3. UDP-گلوکورونیداز (EC 3. 2. 1. 31)، 4. گلوکورونات ردوکتاز1. 1. 1. 19)، 5. گلوکونولاکتوناز (EC 3. 1. 1. 17)، 6. ال-گولونولاکتون اکسیداز (GLO, EC 1. 1. 3. 8)، 7. L-گولونات 3-دهیدروژناز (EC 1. 1. 1. 45). این رقم بر اساس اطلاعات منابع [16، 56] است.

در اینجا ، ما داده های موجود در مورد گونه های مهره داران قادر یا قادر به سنتز ویتامین C آنها و همچنین مبنای ژنتیکی و پیامدهای تلفات مکرر و دستاوردهای مشاهده شده است.

از دست دادن ویتامین C در ماهی های Teleost

در ابتدا اعتقاد بر این بود که تمام گونه های ماهی فاقد توانایی سنتز اسید اسکوربیک هستند و سنتز ویتامین C برای اولین بار در دوزیستان ظاهر شده است [7 ، 18]. همچنین مطالعاتی انجام شده است که ادعا می کند که برخی از گونه های ماهی Teleost می توانند ویتامین C را سنتز کنند و مطالعه ای که ادعا می کند برخی از ماهی های غیر تلست نمی توانند ویتامین C را سنتز کنند [19-23]. با این حال ، اکنون مشخص شده است که همه گونه های ماهی استخوانی غضروف و غیر قابل انزول قادر به سنتز ویتامین C هستند و هیچ گونه ماهی از راه دور نمی تواند این کار را انجام دهد (منابع [24 ، 25] ، شکل 2 2 ، جدول مکمل 1)وادتوانایی سنتز ویتامین C در HAGFISH ، LAMPREYS ، کوسه ها ، پرتوهای ، ماهی ریه ، کولاکانت ها ، ماهیان خاویاری و تعظیم مشاهده شده است ، اما هرگز در هیچ یک از گونه های ماهی تله بیشمار که مورد مطالعه قرار گرفته اند (شکل 2 ، شکل 2 ،جدول تکمیلی 1). این نشان می دهد که سنتز ویتامین C یک ویژگی اجدادی از مهره داران است و در اجداد مشترک ماهی Teleost از بین رفته است (مرجع [26] ، شکل 2 2). از آنجا که چندین گونه ماهی اکتینوپری اجدادی ویتامین C را سنتز می کنند ، این جهش باید حدود 200 تا 210 MYA رخ داده باشد [24 ، 27].

توزیع فیلوژنتیک توانایی سنتز ویتامین C در ماهی های غضروف و استخوانی. سلسلهایی که قادر به سنتز ویتامین C هستند به رنگ سیاه هستند ، آنهایی که ناتوان هستند به رنگ خاکستری هستند. روابط فیلوژنتیک بر اساس موارد موجود در منابع است [24 ، 26]. لیست کامل گونه ها ، نام گونه ها و منابع در جدول تکمیلی 1 آورده شده است.

This loss is likely due do the complete loss of the GLO gene because BLAST searches cannot identify GLO gene sequences in any of the completely sequenced teleost fish genomes [28]. These negative results are likely significant because BLAST searches using a chicken GLO protein sequence (GenBank accession number XP_001234314) as a query readily finds numerous GLO protein sequences, including that of the sturgeon species Acipenser transmontanus (GenBank accession number > ABO15549, which is 74% identical to that of chicken) and even that of the tunicate Ciona intestinalis (GenBank accession number XP_ 002122023, which is 48% identical to that of chicken). Given the high degree of conservation of this gene, the fact that GLO orthologues cannot be identified from the currently available teleost genomes is likely the result of the fact that this non-functional gene has mutated beyond recognition or that it has been deleted from teleost genomes altogether. Furthermore, the gene coding for gulonolactonase, the penultimate enzyme in vitamin C synthesis (Fig. ​ 1 1 ), is readily identified in BLAST searches using the human protein as a query (GenBank accession number > EAL24133) in teleost genomes such as that of the zebra fish Danio rerio (GenBank accession number > AAI52248), the salmon Salmo salar (GenBank accession number > ACI69713) and the European flounder Platichthys flesus (GenBank accession number >ACI69713) ، در میان دیگران. باز هم ، این نشان می دهد که این واقعیت که توالی ژن GLO را نمی توان در هر یک از ژنوم های ماهی تله کاملاً توالی یافت شد ، به دلیل عدم حضور آنها در این ژنوم ها است و نه به روش هایی که برای یافتن آنها استفاده می شود.

از دست دادن ویتامین C در نخبگان آنتروپوئید و خوکچه هندی

شکل (33) نشان می‌دهد که سنتز ویتامین C نیز یک صفت اجدادی پستانداران است و این ویژگی در سه دودمان پستانداران از بین رفته است: خفاش‌ها، خوکچه هندی و نخستی‌های آنتروپوئید (جدول تکمیلی 2). برخلاف گونه‌های ماهی‌های استخوانی، ژنوم پستانداران و خوکچه‌های هندی هنوز حاوی توالی‌هایی شبیه به توالی‌های ژن GLO هستند، اگرچه آنها به شدت جهش یافته‌اند و برای یک پروتئین عملکردی L-gulono-γ-لاکتون اکسیداز کد نمی‌کنند [29-31]. ژن GLO پستانداران آنتروپوئید هفت اگزون از دوازده اگزون موجود در ژن های GLO مهره داران عملکردی را از دست داده است، در حالی که خوکچه هندی اگزون اول و پنجم خود و همچنین بخشی از اگزون ششم خود را از دست داده است (مراجع [29، 30]، شکل . 4 4). با استفاده از مقایسه بین توالی های کاربردی و غیرعملکردی، تاریخ غیرفعال سازی حدود 61 MYA در پستانداران آنتروپوئید و 14 MYA در خوکچه هندی محاسبه شده است [28]. با توجه به دانش فعلی از زمان واگرایی گونه های مهره داران، این تخمین ها با برآوردهای به دست آمده بر اساس توزیع فیلوژنتیکی ژن های عملکردی و غیرعملکردی GLO مطابقت دارند [29-34].

توزیع فیلوژنتیک توانایی سنتز ویتامین C در پستانداران. دودمان هایی که قادر به سنتز ویتامین C هستند سیاه و آنهایی که قادر به سنتز ویتامین C نیستند به رنگ خاکستری هستند. روابط فیلوژنتیکی بر اساس آنهایی است که در مرجع [63] وجود دارد. فهرست کامل گونه ها، نام گونه ها و منابع در جدول تکمیلی 2 آورده شده است.

نمایش شماتیک (نه به مقیاس) از ساختار ژن GLO در پستانداران انسان شناسی و در خوکچه هندی. جعبه های سیاه نشان دهنده اگزون هایی هستند که هنوز در ژنوم این گونه ها یافت می شوند در حالی که جعبه های سفید با X نشان دهنده اگزون ها یا قسمت های اگزون حذف شده هستند. شماره گذاری به اعداد اگزون اشاره دارد.

ماهیت جهش‌های اولیه که ژن‌های GLO پستانداران انسانی و خوکچه هندی را غیرفعال می‌کنند، مشخص نیست. این واقعیت که اگزون‌ها در هر دو مورد وجود ندارند، همراه با مشاهده اینکه عناصر تکراری اغلب در رویدادهای از دست دادن اگزون دخالت دارند [35]، نشان می‌دهد که ترکیب مجدد بین عناصر تکراری ممکن است دخیل باشد. با این حال، مطالعاتی که این احتمال را بررسی کردند به این نتیجه رسیدند که چنین رویدادهایی بعید است که در غیرفعال کردن ژن‌های GLO پستانداران انسانی و خوکچه هندی نقش داشته باشند [28، 36].

از دست دادن ویتامین C در خفاش ها

Following the reports that two bat species, Pteropus sp and Vesperugo abramus from two different suborders (Megachiroptera and Microchiroptera, respectively) were unable to synthesize vitamin C [4, 6], Birney et al . [37] assayed the presence of the GLO protein in the liver of 34 bats species from 6 different Chiroptera families. Since they did not detect GLO activity in any of these species, they concluded that all bats lacked the ability to synthesize vitamin C (Fig. ​ 3 3 ). However, Cui et al . [38] recently sequenced GLO cDNAs from the bats Rousettus leschenaultia (a Megachiroptera species, GenBank accession number > HQ415789) and Hipposideros armiger (a Microchiroptera species, GenBank accession number >HQ415790) و نشان داد که این ژن ها پروتئین های عملکردی GLO را در هر دو گونه تولید می کنند. با این حال ، سطح بیان آنها به ترتیب 6 برابر و 4 برابر کمتر از موش ها ، در R. Leschenaultia و H. Armiger بود. توجه داشته باشید که فعالیت GLO در این دو گونه قبلاً ارزیابی نشده بود [37]. با توجه به فیلوژنی در حال حاضر پذیرفته شده خفاش ها ، این نتایج به طور قطعی نشان می دهد که ژنهای غیرفعال را می توان در طول تکامل دوباره فعال کرد (شکل 5 ، جدول مکمل 3). چنین فعال سازی مجدد با این واقعیت امکان پذیر است که توالی این دو ژن GLO نسبت به سایر گونه های پستانداران بسیار خوب حفظ می شود (شکل 5 5 مرجع [38]). بنابراین ، فعال شدن مجدد فقط به جهش در سایت های درگیر در تنظیم بیان این ژن ها نیاز دارد. این واقعیت که سطح فعالیت این دو ژن کمتر از موش است نشان می دهد که جهش های اضافی برای افزایش بیشتر بیان آنها لازم است. از طرف دیگر ، از آنجا که بسیاری از گونه های خفاش دیگر به ژن GLO عملکردی احتیاج ندارند ، ممکن است این دو ژن برای تبدیل شدن به شبه (مرجع [38] و در زیر مشاهده می کنند) تکامل یابد.

توزیع فیلوژنتیک توانایی سنتز ویتامین C در خفاش ها. سلسلهایی که قادر به سنتز ویتامین C هستند به رنگ سیاه هستند ، آنهایی که ناتوان هستند به رنگ خاکستری هستند. روابط فیلوژنتیک مبتنی بر مواردی است که در آن مرجع هستند [64]. لیست کامل گونه ها ، نام گونه ها و منابع در جدول تکمیلی 3 آورده شده است.

جالب اینجاست که کوی و همکاران.[38] همچنین قادر به شناسایی اگزون های 3-8 و اگزون های 11 و 12 از دنباله ژنوم megabat pteropus vampyrus ، جنس که قبلاً فعالیت GLO نشان داده شده بود وجود ندارد (بالا را ببینید). عدم وجود Indels یا Codons Stop در این توالی های برنامه نویسی نشان می دهد که ساختار این ژن دست نخورده است. با این حال ، تجزیه و تحلیل توالی اسید آمینه قلمداد این ژن نشان داد که تحت محدودیت های انتخابی آرام تکامل می یابد و 8 تغییر اسید آمینه را در سایت هایی جمع کرده است که در 11 گونه دیگر پستانداران دیگر محافظت می شوند (شکل 5 مرجع [38]). بنابراین ، حتی اگر این ژن بیان شود (که نویسندگان ارزیابی نکردند زیرا به این گونه دسترسی به بافت ها ندارند) ، احتمالاً برای یک پروتئین عملکردی کد نمی کند [38]. با توجه به ماهیت جهش های موجود در ژن این گونه ، می تواند نمونه ای از یک ژن را نشان دهد که در طول تکامل قابل تغییر نیست زیرا به بسیاری از معکوس ها نیاز است.

از دست دادن ویتامین C در پرندگان

اولین مطالعه گسترده از ظرفیت سنتز ویتامین C در پرندگان نشان داد که در حالی که بیشتر گونه های پرنده مورد مطالعه قادر به سنتز ویتامین C بودند ، اندام که در آن سنتز شده بود [4]. در کلیه های 7 گونه ، کلیه ها و کبد 2 گونه ، کبد 5 گونه و هیچ یک از اندام در یک گونه سنتز شد. از آنجا که گونه ای که سنتز ویتامین C یا در کبد وجود ندارد یا فقط در کبد یافت می شود ، همه پرندگان Passeriformes بودند ، یک تاکسون تکاملی اخیر ، نویسندگان داده های خود را به عنوان منعکس کننده "صعود تکاملی" که در آن سنتز ویتامین C از کلیه به کبد می رفت ، تعبیر می کردند. و سپس به طور کلی ناپدید شد [4].

یک مطالعه بعدی گزارش داد که 15 گونه پرنده دیگر Passeriformes نیز توانایی سنتز ویتامین C را ندارند [5]. در اینجا دوباره ، این نویسندگان داده های خود را به عنوان نشان دادن سنتز فرم پیشرفت تکاملی در کلیه ها ، سنتز در کلیه ها و کبد ، سنتز فقط در کبد و سپس از دست دادن کامل توانایی سنتز ویتامین C به آنها تفسیر کردند. این ناتوانی ، که در نخبگان آنتروپوئید نیز یافت می شود ، این واقعیت را نشان می دهد که این پرندگان "تکامل یافته تر" بودند. با این حال ، تجزیه و تحلیل مجدد فیلوژنتیک از داده های ری چودوری و چاترجی [5] ، بر اساس روابط فیلوژنتیک پرنده حاصل از کار Sibley و Ahlquist [39] ، تصویری بسیار متفاوت را نشان داد (مرجع [40] ، شکل 6 6 ، جدول مکمل4)اگرچه ، این فیلوژنی را نمی توان برای تعیین اینکه آیا عدم توانایی در سنتز ویتامین C اجدادی است یا در چندین مکان در پایه این درخت مشتق شده است ، استفاده شود ، به وضوح نشان می دهد که Passeriformes که قادر به سنتز ویتامین C نیستند ، تک رنگ نیستند. اگر عدم توانایی در سنتز ویتامین C حالت اجدادی فرض شده باشد ، توانایی سنتز ویتامین C چهار بار مجدداً مورد استفاده قرار گرفته و یک بار از دست می رود. در مقابل ، اگر فرض کند که توانایی سنتز ویتامین C در Passeriformes اجدادی است ، پس توانایی سنتز ویتامین C سه بار مجدداً مورد استفاده قرار گرفته و سه بار از دست داده است (مرجع [40] ، شکل 6 6).

توزیع فیلوژنتیک توانایی سنتز ویتامین C در پرندگان. سلسلهایی که قادر به سنتز ویتامین C هستند به رنگ سیاه هستند ، آنهایی که ناتوان در شاخه های خاکستری هستند و شاخه های خالی نمایانگر سلسله های اجدادی هستند که در آن وضعیت تولید ویتامین C مشخص نیست. روابط فیلوژنتیک مبتنی بر مواردی است که در مرجع قرار دارند [40] و شروع (*) در کنار جنس Terpsiphone نشان می دهد که اکنون شناخته شده است که متعلق به خانواده Corvidea است. لیست کامل گونه ها ، نام گونه ها و منابع در جدول مکمل 4 آورده شده است.

مطالعات اخیر فیلوژنتیک مرغی از فیلوژنی پرنده ای که مارتینز دل ریو [40] ناشی از کار Sibley و Ahlquist است ، پشتیبانی می کند ، تنها استثناء قابل توجه موقعیت فیلوژنتیک جنس Terpsiphone در خانواده فوق العاده Mussicapidea است (شکل 6 6). دو مطالعه فیلوژنتیک مجزا نشان داده اند که جنس Terpsiphone نباید در خانواده Muscicapidea قرار گیرد بلکه به عنوان بخشی از خانواده فوق العاده Corvoidea [41-42]. این بدان معنی است که پرندگان جنس Terpsiphone ژن عملکردی GLO خود را با آخرین اجداد مشترک Corvoidea Superfamily به جای مستقل از دست دادند ، و از بین بردن یک ژن GLO از هر دو فرضیه جایگزین ارائه شده توسط مارتینز دل ریو [40].

جدا از موقعیت فیلوژنتیک جنس Terpsiphone که به تازگی ذکر شد ، روابط فیلوژنتیک در خانواده فوق العاده Corvoidea نشان داده شده در شکل (6 6) توسط مطالعات اخیر پشتیبانی شده است [41 ، 43-46]. جالب توجه است ، موقعیت فیلوژنتیک Corvus و Dendrocitta به شدت از استنتاج فعال شدن مجدد ژن GLO در اجداد مشترک آنها پشتیبانی می کند (شکل 6).

تقریباً مانند خانواده فوق العاده Corvoidea ، روابط فوق العاده خانواده Passeroidea نشان داده شده در شکل (6 6) توسط مطالعات اخیر فیلوژنتیک پشتیبانی شده است. بنابراین این خانواده فوق العاده از دو گروه مختلف تشکیل شده است: یکی حاوی جنس رهگذر و لونچورا که می تواند ویتامین C و یک گروه دوم حاوی Aethopyga و Dicaeum را که نمی توانند سنتز کنند [44 ، 47 ، 48]. اگرچه ، این دو گروه مختلف به وضوح یک اجداد مشترک را به اشتراک می گذارند ، عدم وجود اطلاعات در مورد وضعیت اجدادی Passeriformes اجازه نمی دهد تا مشخص کند که آیا این یک بازآفرینی اضافی یا از دست دادن یک ژن GLO کاربردی است.

موقعیت جنس Turdoides در خانواده فوق العاده Sylvioidea با مطالعات فعلی پشتیبانی می شود. اگرچه ، موقعیت فیلوژنتیک این جنس هنوز به تفصیل مورد بررسی قرار نگرفته است ، اما از نزدیک با Garrulax [49-51] و جنس Yuhina [49] که هر دو نشان داده شده است بخشی از خانواده Sylvioidea است [47]. ماهیت یکپارچه از خانواده فوق العاده Sylvioidea نیز توسط داده های فعلی پشتیبانی می شود [52]. علاوه بر این ، در خانواده فوق العاده Sylvioidea ، موقعیت های فیلوژنتیک Acrocephalus و جنس Pycnonotus ، نسبت به جنس Turdoides ، با مطالعات اخیر پشتیبانی می شوند [42 ، 47 ، 49 ، 51-55]. در اینجا دوباره ، این به شدت از این استنتاج پشتیبانی می کند که توانایی سنتز ویتامین C در جنس Turdoides مجدداً مورد استفاده قرار گرفته است (مرجع [40] ، شکل 6 6).

در نتیجه ، با توجه به مجموعه ای از گونه های پرنده Passeriformes که در حال حاضر شناخته شده است قادر به سنتز ویتامین C و روابط فیلوژنتیک در حال حاضر پذیرفته شده این گونه ها نیست ، می توان نتیجه گرفت که توانایی سنتز ویتامین C حداقل یک بار ، یک بار مجدداً مورد بررسی قرار گرفته است. در سلسله Corvus / dendrocitta و یک بار در سلسله Turdoides. اگر کسی فرض کند که عدم توانایی در سنتز ویتامین C در Passeriformes اجدادی است ، پس از آن توانایی سنتز ویتامین C چهار بار مجدداً مورد استفاده قرار گرفته است. اگر کسی فرض کند که توانایی سنتز ویتامین C در Passeriformes اجدادی است ، پس توانایی سنتز ویتامین C سه بار مجدداً مورد استفاده قرار گرفته و دو بار از دست داده است.

چرا جهش ها به ژنهای GLO محدود می شوند؟

با توجه به نیاز روزانه و عملکردهای مهم آن ، جای تعجب دارد که بسیاری از گونه ها ، مانند ماهی های Teleost ، Primates Anthropoid ، خوکچه های هندی و همچنین برخی از گونه های پرنده خفاش و Passeriformes ، ظرفیت سنتز آن را از دست داده اند. جالب توجه است ، تمام تلفات شناخته شده نتیجه جهش در ژن L-gulono-γ- لاکتون اکسیداز (GLO ؛ شماره EC 1. 1. 3. 8) است که برای آنزیم که مرحله نهایی بیوسنتز ویتامین C را کاتالیز می کند ، کد می کند (شکل 11)بنابراین ، از دست دادن این ژن فقط بر توانایی ویتامین C تأثیر می گذارد (شکل 1 1 ، منابع [16 ، 56]). در مقابل ، از دست دادن ژن برای آنزیم های دیگر در این مسیر مصنوعی بر تولید بسیاری از مولکول های دیگر تأثیر می گذارد (شکل 1 1 ، مرجع [16]). به عنوان مثال ، از دست دادن کدگذاری ژن برای گلوکونولاکتوناز (شماره EC 3. 1. 1. 17) ، نه تنها بر شکل گیری L-gulono-1،4-lactone تأثیر می گذارد ، بلکه می تواند بر تخریب کاپرولاکتام و مسیر فسفات پنتوز نیز تأثیر بگذارد ، از جمله دیگر [57]. در مقایسه با ژنهای دیگر ، از این رو ژن GLO "مستعد گم شدن" است زیرا باعث می شود یک ترکیب واحد برای سایر مسیرها غیر ضروری باشد.

پیامدهای تکاملی

توضیح در مورد از دست دادن مکرر ژنهای GLO با گفتن اینکه این تنها بر تولید یک ترکیب واحد تأثیر می گذارد ، همچنین دلالت بر این دارد که از دست دادن ظرفیت ساخت این ترکیب در برابر انتخاب نشده است ، یعنی چنین ضرر و زیان باعث ایجاد ضرر انتخابی نمی شود. از آنجا که همه گونه هایی که ظرفیت سنتز ویتامین C را از دست داده اند ، رژیم غذایی غنی از ویتامین C دارند ، این شایع ترین توضیحی است که برای توضیح وقوع مکرر آن ارائه شده است [8 ، 28 ، 29 ، 37 ، 58]. این توضیحات مطابق با این واقعیت است که نخبگان آنتروپوئید وحشی (قادر به سنتز ویتامین C نیستند) ویتامین C را بسیار بیشتر از کمک هزینه روزانه برای افراد بالغ در ایالات متحده ، حدود 1 میلی گرم در کیلوگرم در روز مصرف می کنند. به عنوان مثال ، گوریل ها (گوریل گوریل) 20-30 میلی گرم در کیلوگرم در روز مصرف می کنند ، میمون های زوزه (Alouatta palliata) 88 میلی گرم در کیلوگرم در روز مصرف می کنند و میمون های عنکبوتی (آتلز جفرووی) 106 میلی گرم در کیلوگرم در روز مصرف می کنند [58]. در مورد خفاش ها نیز صادق است ، در حالی که Artibeus jamaicensis 258 میلی گرم در کیلوگرم در روز مصرف می کند [58]. اگرچه ، حداقل نیازهای روزانه برای این گونه های وحشی ایجاد نشده است ، به نظر می رسد که فرض کنید که آنها ویتامین C کافی را از رژیم های غذایی خود بدست می آورند.

استدلال دیگر در مورد این پیشنهاد که گونه هایی که ژن GLO خود را از دست داده اند تحت فشار انتخابی برای نگه داشتن آن قرار ندارند ، این است که تمام گونه هایی که ژن GLO خود را از دست داده اند رژیم های بسیار متفاوتی دارند اما همه آنها رژیم های غذایی سرشار از ویتامین C دارند [59]. رژیم های غذایی گونه های اولیه آنتروپوئید بدون GLO حاوی گیاهانی هستند که سرشار از ویتامین C هستند. مواردی از خفاش ها شامل گونه هایی هستند که غذاهای اصلی آنها ماهی ، میوه ، گرده و شهد ، خون یا حشرات است [37]. در مورد گونه های پرنده ای نیز که گونه هایی که رژیم غذایی خاصی دارند به همان اندازه احتمال دارد که تا زمانی که این رژیم غذایی سرشار از ویتامین C باشد ، می توانند ویتامین C خود را سنتز کنند (جدول 1 1). Converse نیز صادق است: هیچ گونه گونه ای که فاقد فعالیت GLO است ، رژیم غذایی ضعیف در ویتامین C ، مانند رژیم غذایی تشکیل شده منحصر به فرد از دانه ها پیدا کرده است (مرجع [37] ، جدول 1 1). سرانجام ، اگرچه پیشنهاد شده است که یک رژیم غذایی منظم حاوی ویتامین C کافی نیست ، آزمایشات با خوکچه هندی با افزایش میزان ویتامین C در رژیم غذایی این حیوانات هیچ اثرات مفیدی را تشخیص نمی دهد [7 ، 8 ، 60].

میز 1

رژیم های جنسی Passeriformes

جالب اینجاست که از دست دادن کدگذاری ژن برای ترکیبات اساسی محدود به حیوانات نیست. کار اخیر نشان داده است که گونه های جلبک های بی شماری ، که اغلب فرض می شوند اتوتروفیک هستند ، در واقع برای ویتامین های B اکوتروفیک هستند₁, B₇و ب₁₂واداگرچه ، نیاز به ویتامین B₁₂نتیجه عدم وجود مسیر بیوسنتتیک کامل برای این ترکیب در جلبک ها است (فقط در باکتری ها وجود دارد) ، الزامات ویتامین های B1 و B7 به دلیل از بین رفتن ژن های کد کننده برای یک یا چند آنزیم های مهم بیوسنتتیک است [61]. در اینجا دوباره ، از آنجا که این ویتامین ها از منابع دیگر در دسترس هستند ، تصور می شود که این ضررها در برابر [61] انتخاب نشده اند.

در مهره داران ، به نظر نمی رسد که فشار انتخابی قوی برای بازیابی فعالیت GLO از دست رفته باشد. در خفاش ها ، R. leschenaultia یک گونه گورست با یک ژن GLO احیا شده است که از نزدیک به C. sphinx مرتبط است ، یکی دیگر از گونه های سرخوش ، اما ناتوان از سنتز ویتامین C است. نزدیک به یک گونه حشره کش دیگر ، رینولوفوس Ferrumequinum ، که نمی تواند ویتامین C را سنتز کند [38]. این واقعیت که این دو جفت گونه رژیم های مشابه دارند و سطح بیان این ژن های GLO در مقایسه با موش ها کم است (به بالا مراجعه کنید) ، LED Cui و همکاران.[38] نشان می دهد که این دو ژن ، در آینده ، به شبه زاویه تبدیل می شوند و این دو گونه با ژنهای GLO احیا شده توانایی سنتز ویتامین را از دست می دهند.، در Corvus/dendrocitta و در Turdoides ، گونه هایی را شامل می شود که از نزدیک با گونه هایی با رژیم های غذایی مشابه ارتباط دارند اما نمی توانند ویتامین C را سنتز کنند (جدول 1 1). این واقعیت که فعال سازی مجدد در گونه هایی رخ می دهد که قبلاً از ویتامین C در رژیم های غذایی خود استفاده زیادی کرده اند ، نشان می دهد که این فعال سازی ها تصادفی هستند و برای آن انتخاب نشده اند.

یک فرضیه جایگزین این است که از دست دادن ظرفیت سنتز ویتامین C ممکن است سودمند باشد زیرا سنتز ویتامین C منجر به تشکیل پراکسید هیدروژن می شود (H₂O₂) و کاهش گلوتاتیون (شکل 1 1 ، مرجع [62]). با این حال ، اگر این فرضیه صحیح باشد ، فعال شدن مجدد ژن GLO در برابر انتخاب می شود. از آنجا که فعال سازی مجدد ژن GLO در گونه های خفاش و پرنده ثبت شده است ، این فرضیه دیگر قابل تحمل نیست. بنابراین ، شواهد فعلی این فرضیه را که سود و زیان چندگانه در توانایی سنتز ویتامین C به طور تصادفی است ، به نفع آن است ، همانطور که برای یک صفت خنثی انتظار می رود.

بی طرفی از دست دادن ویتامین C تابعی از محیطی است که در آن گونه ها زندگی می کنند. افراد از گونه هایی که توانایی ساخت ویتامین C خود را از دست داده اند ، در مقابل انتخاب نمی شوند تا زمانی که رژیم غذایی آنها حاوی مقادیر کافی ویتامین باشد. به همین دلیل عملکرد ژن GLO به طور مکرر در طول تکامل از بین رفته است. با این حال ، اگر رژیم غذایی آنها تغییر کند ، افراد از چنین گونه ای دچار شکوفه می شوند تا دیگر حاوی مقادیر کافی ویتامین باشند. از این رو ویتامین C از بین می رود ، فقط در شرایطی که مقادیر کافی ویتامین C بخشی از رژیم غذایی باشد ، خنثی است.

مواد تکمیلی

مطالب تکمیلی در وب سایت ناشران به همراه مقاله منتشر شده در دسترس است.< Span> بی طرفی از دست دادن ویتامین C تابعی از محیطی است که در آن گونه ها زندگی می کنند. افراد از گونه هایی که توانایی ساخت ویتامین C خود را از دست داده اند ، در مقابل انتخاب نمی شوند تا زمانی که رژیم غذایی آنها حاوی مقادیر کافی ویتامین باشد. به همین دلیل عملکرد ژن GLO به طور مکرر در طول تکامل از بین رفته است. با این حال ، اگر رژیم غذایی آنها تغییر کند ، افراد از چنین گونه ای دچار شکوفه می شوند تا دیگر حاوی مقادیر کافی ویتامین باشند. از این رو ویتامین C از بین می رود ، فقط در شرایطی که مقادیر کافی ویتامین C بخشی از رژیم غذایی باشد ، خنثی است.