בית וגֶן

המבנה של מחילות עכברים נקבע על פי מספר קטן של רצפים גנטיים

נעם לויתן ויונת אשחר | גליליאו

כאשר מדברים על גֶנים ועל תכונות העוברות בתורשה, הדוגמאות הנפוצות הן מאפיינים גופניים כדוגמת צבע עיניים, צורות המקור אצל הפרושים של דרווין או הדגמים המופיעים על פרוות חתולים. אך מאפיינים אלה אינם היחידים שמושפעים מהגנים: גם תכונות התנהגותיות עשויות לעבור בתורשה. מחקרים הראו שציפורים אינן צריכות ללמוד כיצד לבנות את קניהן, עכבישים אינם לומדים לטוות את קוריהם, ובוֹנים – כיצד להקים סכרים. לכן, ההנחה היא כי תכונות אלו, ותכונות התנהגותיות רבות אחרות, נקבעות על ידי הגנים של בעלי החיים ועוברות בתורשה. למרות זאת, כמעט שלא ידוע דבר על הבסיס הגנטי שלהן.

ג’ס וֶבֶּר (Weber), ברנט פיטרסון (Peterson) והופי הוקסטרה (Hoekstra) מאוניברסיטת הרווארד החליטו לנסות למצוא את הגנים האחראים על בניית מחילות בשני מינים ביולוגיים קרובים של עכברים. החוקרים בחרו בעכבר החוף (Peromyscus polionotus) ובעכבר האייל (Peromyscus maniculatus), שניהם ממשפחת האוגריים, שעל אף קרבתם המשפחתית בונים מחילות שונות מאוד.

עכבר החוף בונה מחילה מורכבת הכוללת מנהרת כניסה ארוכה, תא קינון גדול ומנהרת מילוט המוליכה מהקן למעלה, לכיוון פני השטח, אך מסתיימת ללא פתח יציאה. במקרה של סכנה, כגון נחש המנסה לחדור למחילה, עכבר החוף נס במנהרת המילוט ופורץ החוצה דרך החול (כפי שאפשר לראות בסרטון למטה). עכבר האייל חי בחור באדמה – הוא בונה מחילת עכבר טיפוסית עם מנהרת כניסה קצרה ותא קינון קטן וללא מנהרת מילוט.

כדי לבדוק אם בניית המחילות היא אכן מולדת, החוקרים העבירו עכברים משני המינים, שלא גדלו בטבע ולא ראו חול מימיהם, לארגזי חול גדולים במעבדה. העכברים חפרו מחילות ברגע שהונחו בארגזים. החוקרים בדקו את מבנה המחילות ואת אורכן בעזרת קצף פוליאוריתן, ומצאו כי המחילות דומות ביותר לאלו שאפשר למצוא בטבע, כלומר, המחילות שהעכברים בונים הן ייצוג פיזי לנטייה המובנית בגנום שלהם.

לאחר שהראו כי בניית המחילות היא התנהגות מולדת, ובר ועמיתיו החלו בחיפוש אחר האזורים בגנום האחראים על תכונה זו. הם הכליאו בין עכברי חוף ועכברי אייל כדי לראות אילו מחילות יבנו בני הכלאיים; התברר להם כי כל הצאצאים בנו מחילות מורכבות, דומות מאוד לאלו של עכבר החוף. כלומר, הגנים האחראים על בניית מחילות עם כניסה ארוכה ומנהרת מילוט הם דומיננטיים, וכל עכבר שירש אפילו עותק אחד של הגנים יבנה מחילות של עכבר החוף. לאחר מכן זיווגו החוקרים בין בני הכלאיים לעכברי אייל, שבונים כאמור מחילות פשוטות, ובדקו את המחילות של הצאצאים. לצאצאי ההכלאה השנייה צירופים שונים של הגנים המשפיעים על בניית המחילה, ולכן צפוי כי יבנו מחילות מסוגים שונים. אכן, דור בני הכלאיים השני בנה מחילות מגוונות: חלקם בנו מחילות כמו אלה של עכבר האייל, ללא מנהרת מילוט ועם מנהרת כניסה קצרה, אחרים בנו מחילות זהות לאלה של עכבר החוף, ואחרים בנו מחילות ביניים – עם או בלי מנהרת מילוט ובעלות מנהרת כניסה באורכים שונים (מה שמרמז כי להתנהגות זאת אחראי שילוב של מספר מצומצם של גנים בעכבר).

ובר ועמיתיו ניצלו את הקלות שבה אפשר לרצף DNA וניתחו את הגנום של בני הכלאיים (ושל ההורים כבסיס). תוצאות הניתוח גילו שלושה אזורים בגנום המשפיעים על אורך מנהרת הכניסה. כל אחד מהאזורים האלה תורם בנפרד, ובאופן שווה, כשלושה ס”מ לאורך המנהרה. כמו כן, התגלה אזור רביעי בגנום, שאף הוא אינו קשור לאזורים האחרים, שקובע האם תיבנה או לא תיבנה מנהרת מילוט.

כצפוי בכל התנהגות מורכבת, יש גורמים גנטיים נוספים המעורבים בבניית המחילות. למשל, חלק מהעכברים בני הדור השני לא בנו מנהרת מילוט, אף שירשו DNA של עכבר החוף באזור הרביעי. עם זאת, השפעת ארבעת האזורים על מבנה מחילות העכברים גדולה ביותר, והחוקרים הראו לראשונה במחקר, שפורסם בכתב-העת Nature, כי תכונה התנהגותית מורכבת נקבעת גנטית על ידי מספר מצומצם של אזורים בגנום. כל שנותר עכשיו, והחוקרים עובדים על כך במרץ, הוא לאתר את הגנים שנמצאים באזורים שהתגלו וללמוד את פעולתם.

המאמר המקורי:

Weber, J. N., Peterson , B. K. & Hoekstra, H. E. Discrete genetic modules are responsible for complex burrow evolution in Peromyscus mice. Nature 493, 402-405 (2013). doi: 10.1038/nature11816

הכתבה המקורית התפרסמה במגזין גליליאו גיליון 175, מרץ 2013