فیلوژنتیک چیست؟

نویسنده: پرستو پورعزیز

معرفی فیلوژنی

تبارزایی (فلیوژنتیک Phylogenetics) و یا به عبارت دیگر فیلوژنی(Phylogny) در زبان یونانی واژه فیلوژنتیک از ریشه فیل به معنی «تبار»، و ژنتیکوس به معنی یا زایشی گرفته شده‌است. به طور کلی فیلوژنی به بررسی روابط تکاملی بین موجودات زنده می­پردازد و همچنین مقایسه موجودات نسبت به جد مشترک آن­ها را ممکن می­سازد. در اصل به کمک فیلوژنی تاریخ تکاملی بین موجودات قابل ردیابی می­شود. توالی در زیست­شناسی به کنار هم قرار گرفتن اجزای سازنده­ی یک ساختار گفته می­شود. مثلا  برای ساخته شدن پروتئین­ها توالی­های آمینواسیدی باید در کنار هم قرار بگیرند و برای ساخته شدن دی­ان­ای توالی­های خاص دیگری نیاز است. اساس اصلی فیلوژنی بر اساس داده­های حاصل از دی­ان­ای و همچنین توالی­های آمینواسیدی موجودات است. با استفاده از این داده­ها و همچنین  با کمک مدل­های ریاضی تکامل و روابط بین موجودات مشخص می­شود. تبارزایی مولکولی یا فیلوژنتیک مولکولی (Molecular phylogenetics) به معنی استفاده از ساختار مولکول‌ها برای بدست آوردن اطلاعات است. (۱).

تاریخچه­ فیلوژنی

فیلوژنی و یا پیداکردن جد مشترک بین موجودات از زمان چارلز داروین در زیست شناسی مورد استفاده قرار گرفت. چارلز داروین با توجه به فسیل­های پیدا شده تحقیقاتی را در زمینه­ی پیدا کردن جد مشترک موجودات انجام داد. محققان امروزی نیز از فیلوژنی در جهت تجسم تکامل، سازماندهی اطلاعات تنوع زیستی و همچنین ساختار تکاملی استفاده می­کنند. در ابتدا به دلیل محدودیت­های متعدد روابط فیلوژنتیکی بین موجودات به صورت حدس و گمان باقی ماند به طوری که تا سال ۱۹۶۳، استانیر و همکارانش با تأسف اعلام کردند که ” طبقه بندی بیولوژیکی در مورد باکتری­ها قابل دستیابی نیست”. اما با مرور زمان دریافتند که توالی­های اولیه دی­ان­ای و پروتئین­ها حاوی منبع غنی از اطلاعات در مورد تاریخچه تکامل هستند که می­تواند با هم ترازی و مقایسه توالی بازیابی شود. با پیشرفت علم مولکولی و همچنین علم ژنتیک کاربرد فیلوژنی هم در طول زمان تغییر کرده و به صورت تخصصی درآمده است(۲). به طور کلی علم مولکولی به بیان ژن­ها و کاربرد آن­ها میپردازد اما علم ژنتیک به تجزیه و تحلیل خود ژن­ها می­پردازد.

کاربرد فیلوژنی و فواید و معایب آن

روابط تکاملی بین گونه‌ها اخیراً در زمینه­ی بیوتکنولوژیکی نقش مهمی را ایفا می­کنند. مثلاً درک تنوع شبه گونه­های ویروسی امکان ردیابی مسیرهای انتقال بیماری­های عفونی را می­دهد. با استفاده از فیلوژنی و همچنین تجزیه و تحلیل روابط میزبان و بیمارگر از نظر ژنتیکی می‌توان به بینش عمیق‌تری در طراحی دارو برای اهداف پزشکی و همچنین در زمینه­ی کشاورزی دست یافت. با توجه به تحقیقات علم فیلوژنی نه تنها در کشاورزی بلکه در علوم دیگر هم نقش مهمی ایفا می­کند. فیلوژنی هم مثل سایر علوم معایب و محدودیت­های خاص خود را دارد. در بعضی موارد نمونه­برداری ناکافی از گونه­های مورد مطالعه و همچنین عدم دسترسی به گونه­های بیشتر منجر به تفسیر نادرست می­شود. استفاده از صفات نادرست و همچنین در نظر گرفتن یک جنبه از گونه­ی مورد مطالعه نیز اطلاعات کافی و کاملی برای تفسیر در اختیار قرار نمی­دهد(۲).

مراحل اجرای فیلوژنی

مرحله اول شامل انتخاب توالی (دی­ان­ای و یا آمینواسید) است و در مرحله­ی بعد باید توالی­های بدست آمده را نسبت به هم هم تراز کنیم که با استفاده از برنامه­های کامپیوتری انجام خواهد شد. یکی از برنامه­های مورد استفاده در این مرحله نرم افزار مگا است. مرحله­ی بعدی استفاده از یک مدل ریاضی است که تکامل توالی­ها را در زمان توصیف می­کند. مدل مورد نظر را می­توان با توجه به پارامترهای متفاوت در نرم افزار انتخاب کرد. نتایج بدست آمده می­تواند به صورت درخت فیلوژنتیکی باشد. درخت فیلوژنتیکی یک نمودار درختی است که روابط تکاملی موجودات را نشان می­دهد. درخت فیلوژنی می­تواند دارای چندین شاخه و زیر شاخه باشد که هر کدام به درک بهتر روابط موجود کمک شایانی خواهد کرد. در نهایت با تفسیر داده­های بدست­آمده به روابط بین موجود مورد مطالعه پی خواهید برد (۱). لازم به ذکر است که نرم­افزار­های متعددی جهت بررسی داده­ها و انجام آنالیزهای فیلوژنی وجود دارد. برخی از روش­­های موجود جهت تجزیه و تحلیل فیلوژنی داده­ها عبارتند از: روش UPGMA (Unweighted Pair Group Method with Arithmetic Mean) و روش اتصال مجاور (Neighbor Joining=NJ) وهمچنین روشFM (Finch Margoliash).

درخت فیلوژنی و نحوی تفسیرآن

درخت فیلوژنی با استفاده از نرم­افزارهای فیلوژنی ترسیم می­شود. این نمودار ارتباط بین موجودات را با خطوط و شاخه­بندی نمایش می­دهد. چند نکته­ی مهم در رابطه با درخت فیلوژنی ۱. همه­ی موجودات دارای یک جد مشترک یا ریشه هستند ۲. موجودات تکامل یافته­ی جدید به دو یا چند (شاخه) گروه تقسیم شوند ۳. انشعاب یک درخت فیلوژنتیک نشان­دهنده­ی تکامل گونه‌ها است. نقطه­های که بین خط­ها قرار دارد گره می­باشد. هر گره نماینده­ی جد مشترک برای گونه­ها است. گروه خاصی از موجودات در هر رتبه را تاکسون می­گویند. گروه­های فیلوژنی شامل فراگیر و نافراگیر، گروه چندنیا است. گروه فراگیر به موجوداتی گفته می­شود که یک جد مشترک دارند. گروه نافراگیر به موجوداتی گفته می­شود که دارای جد مشترک هستند اما به دلیل تغییرات و تفاوت­های به وجود آمده به گروه دیگری منتقل شده­اند. گروه چندنیا به گروه­ای گفته می­شود که دارای یک جد مشترک نیستند. درخت فیلوژنی انواع گوناگونی دارد: دندروگرام (dendrogram) به طورکلی به درخت تکاملی گفته می­شود. کلادوگرام (cladogram) یک درخت تکامل نژادی است که با استفاده از روش‌های متعدد خاصی رسم شده­است. فیلوگرام (phylogram) یک درخت فیلوژنتیک است که طول هر شاخه نمایانگر میزان تغییرات است. کرونوگرام (chronogram) یک درخت فیلوژنتیک است که طول هر شاخه مدت زمان میان دو گونه را نشان می‌دهد. نحوی تفسیر درخت با توجه به شاخه­ها و زیرشاخه­های موجود در درخت صورت می­گیرد. به طوری که موجوداتی که در یک شاخه قرارمی­گیرند ولی زیرشاخه­­­های متعددی دارند دارای بیشترین شباهت به هم هستند. شاخه­های اصلی نیز از جد مشترک مشتق می­شوند. پس با توجه به شاخه و زیرشاخه­ها جد مشترک و همچنین میزان شباهت موجودات مورد برسی مشخص می­گردد(۳).

تفاوت فیلوژنی و تاکسونومی

تاکسونومی‌ جهت طبقه‌بندی و نام‌گذاری موجودات استفاده می­شود. این سیستم نام‌گذاری دو جمله‌ای است. به طوری که برای هر موجود دو اسم را در نظر می­گیرند. در حالی که فیلوژنی به برسی جد مشترک موجودات می­پردازد(۱).

---

منابع

1. Liò, P. and Goldman, N., Models of molecular evolution and phylogeny. Genome research, )۱۹۹۸(.
2. Moreira, David, and Hervé Philippe. “Molecular phylogeny: pitfalls and progress.” International Microbiology, (۲۰۰۰).
3. Penny, D, Hendy, M. D. & M. A. Steel. Progress with methods for constructing evolutionary trees. Trends in Ecology and Evolution)۱۹۹۲(.