Genomic phylostratigraphy
জিনোমিক ফাইলোস্ট্র্যাটিগ্রাফি হল একটি অভিনব জিনগত পরিসংখ্যানগত পদ্ধতি যা নির্দিষ্ট জিনের উৎসের তারিখ নির্ধারণের জন্য বিভিন্ন প্রজাতির সমতুল্য জিনের দিকে নজর দিয়ে তৈরি করা হয়েছে। এটি প্রথম ক্রোয়েশিয়ার জাগ্রেবে রুডার বোস্কোভিচ ইনস্টিটিউট দ্বারা তৈরি করা হয়েছিল। সিস্টেমটি জিনগুলিকে তাদের প্রতিষ্ঠাতা জিনের সাথে সংযুক্ত করে, যার ফলে আমরা তাদের বয়স নির্ধারণ করতে পারি। এটি আমাদের অনেক বিবর্তনীয় প্রক্রিয়া আরও ভালভাবে বুঝতে সাহায্য করতে পারে যেমন বিবর্তন জুড়ে জিন জন্মের নিদর্শন, বা ভ্রূণের বিকাশের সময় একটি ট্রান্সক্রিপ্টোমের বয়সের মধ্যে সম্পর্ক। জিনোমিক ফাইলোস্ট্র্যাটিগ্রাফির উপর ভিত্তি করে আপেক্ষিক জিনের বয়স গণনা করার জন্য জেনইরা-র মতো বায়োইনফরম্যাটিক সরঞ্জাম তৈরি করা হয়েছে। পদ্ধতি এই কৌশলটি এই ধারণার উপর নির্ভর করে যে জিনোমের বৈচিত্র্য কেবল জিন প্রতিলিপির কারণে নয়, ক্রমাগত ডি নোভো জিন জন্মের কারণেও হয়। এই জিনগুলি (যাকে "প্রতিষ্ঠাতা জিন" বলা হয়) অ-জিনগত ডিএনএ সিকোয়েন্সের পাশাপাশি পড়ার কাঠামোর পরিবর্তন (বা বিদ্যমান জিনের মধ্যে থেকে উদ্ভূত হওয়ার অন্যান্য উপায়) থেকে বা এমনকি প্রোটিনের খুব দ্রুত বিবর্তন থেকে তৈরি হবে যা সিকোয়েন্সকে পরিবর্তন করবে। এই নতুন জিনগুলির প্রথমে উচ্চ বিবর্তনীয় হার থাকবে যা সময়ের সাথে সাথে ধীর হয়ে যাবে, যার ফলে আমরা তাদের বংশধরদের মধ্যে তাদের বংশ সনাক্ত করতে পারি। প্রতিষ্ঠাতা জিনগুলি তখন একটি নির্দিষ্ট ফাইলোস্ট্র্যাটামে রাখা যেতে পারে। ফাইলোস্ট্র্যাটামকে ক্লেড হিসাবে উপস্থাপন করা হয় যা একই প্রতিষ্ঠাতা জিন থেকে প্রাপ্ত সমস্ত জিনকে অন্তর্ভুক্ত করে, যা ইঙ্গিত করে যে এই জিনটি এই ক্লেডের সাধারণ পূর্বপুরুষের মধ্যে গঠিত হয়েছিল (যেমন। আর্থ্রোপোডা, স্তন্যপায়ী প্রাণী, মেটাজোয়া ইত্যাদি)। এই প্রতিষ্ঠাতা জিনগুলি এবং তাদের বংশধরদের বিভিন্ন ফাইলোস্ট্র্যাটার উপর স্থাপন করা আমাদের তাদের বয়স বাড়ানোর অনুমতি দিতে পারে। এটি তখন নির্দিষ্ট জিনের মধ্যে সংযোগ পর্যবেক্ষণ করে ম্যাক্রোভোলিউশনারি স্কেলে প্রোটিনের নির্দিষ্ট ক্রিয়াকলাপ এবং বিকাশমূলক প্রক্রিয়াগুলির উৎপত্তি বিশ্লেষণ করতে ব্যবহার করা যেতে পারে। জিনোমিক ফাইলোস্ট্র্যাটিগ্রাফির মূল পদ্ধতিতে 10−3 ই-মান কাটা বন্ধের সাথে একটি ব্লাস্ট ক্রমের সাদৃশ্য অনুসন্ধানের ব্যবহার জড়িত। ক্রম অনুসারে যথেষ্ট অনুরূপ বলে মনে করা জিনগুলি সংগ্রহ করা হয় এবং সেই জিনগুলির দ্বারা প্রতিনিধিত্ব করা সমস্ত ট্যাক্সাকে অন্তর্ভুক্ত করা ক্লেড নির্ধারণ করা হয়। এই ক্লেড তারপর এই জিনের ফাইলোস্ট্র্যাটামে পরিণত হয়। আধুনিক বাস্তবায়নগুলি ডায়ামন্ডের জন্য ব্লাস্টকে প্রতিস্থাপন করে কারণ এটি মাত্রার ক্রম দ্রুত এবং ক্রম দূষণ, অনুভূমিক জিন স্থানান্তর এবং সমসংস্থান সনাক্তকরণ ব্যর্থতার জন্য এই প্রক্রিয়াটিকে পরিমার্জন করেছে। এই বংশের সাধারণ পূর্বপুরুষ নির্ধারণ করে আমরা প্রতিষ্ঠাতা জিন এবং এর সমস্ত বংশধরদের একটি বয়স দিতে পারি। জিনোম-ওয়াইড স্কেলে প্রক্রিয়াটি প্রয়োগ করার ফলে আমরা প্রতিষ্ঠাতা জিনের জন্মের নিদর্শনগুলি সনাক্ত করতে পারি এবং ক্লেড-নির্দিষ্ট বিকাশমূলক প্রক্রিয়া এবং শারীরবৃত্তীয় পথের সাথে জড়িত নির্দিষ্ট জিনের ভূমিকা এবং সেই বৈশিষ্ট্যগুলির উৎপত্তি অনুমান করতে পারি। পদ্ধতির বিকাশকারীরা মূল গবেষণাপত্রে একটি উদাহরণ দিয়েছেন যে কীভাবে ড্রোসোফিলা ব্যবহার করে বাস্তবে এই ব্যবস্থাটিকে কাজে লাগানো যায়। তারা 13,000 জিন সংগ্রহ করে যার জন্য তারা প্রতিষ্ঠাতা জিন নির্ধারণ করে, তাদের নিজ নিজ ফাইলোস্ট্র্যাটাতে পুনরায় গোষ্ঠীভুক্ত করে। তারা মূলত তিনটি জীবাণু স্তরের (এন্ডোডার্ম, মেসোডার্ম, এক্টোডার্ম) যে কোনও একটিতে প্রকাশিত হয়েছিল কিনা তার উপর নির্ভর করে জিনের পরিবারগুলিকেও পৃথক করে। সেই বিভিন্ন ফাইলোস্ট্র্যাটাতে জিনের প্রকাশের ফ্রিকোয়েন্সি অধ্যয়ন করে, তারা বিবর্তনীয় ইতিহাসে নির্দিষ্ট সময়কাল এবং পূর্বপুরুষের জীবের জন্য সেই জীবাণু স্তরগুলির সম্ভাব্য মূল গঠনকে অনুমানমূলকভাবে চিহ্নিত করতে সক্ষম হয়েছিল। অন্যান্য গবেষণায় দেখা গেছে যে জিন প্রতিষ্ঠাতা ঘটনাগুলির বিস্ফোরণগুলি গুরুত্বপূর্ণ বিবর্তনীয় উদ্ভাবনের সাথে যুক্ত যেমন প্রাণীদের মধ্যে দ্বিপক্ষীয় প্রতিসাম্যের উত্থান, স্ট্রেপ্টোফাইট শৈবালের বহু-কোষীয়তার উত্থান, উদ্ভিদ দ্বারা জমির উপনিবেশ স্থাপন বা সপুষ্পক উদ্ভিদের উত্থান। এর আবিষ্কারের পর থেকে, জিনোমিক ফাইলোস্ট্র্যাটিগ্রাফি নিয়মিতভাবে এই গবেষণা দলের পাশাপাশি অন্যান্যদের দ্বারা ব্যবহৃত হয়েছে, বিশেষত ক্যান্সার জিনের উৎপত্তি নির্ধারণের প্রয়াসে, যা ক্যান্সার জিন গঠনের শীর্ষে এবং বহুকোষী জীবের রূপান্তরের মধ্যে একটি শক্তিশালী যোগসূত্র দেখায়, এমন একটি সংযোগ যা পূর্বে অনুমান করা হয়েছিল এবং তাই ফাইলোস্ট্র্যাটিগ্রাফি দ্বারা আরও সমর্থিত। এর ব্যবহার বাড়ার সাথে সাথে পদ্ধতিটি একাধিক অনুষ্ঠানে মূল্যায়ন ও উন্নত করা হয়েছে এবং এটি স্বয়ংক্রিয়ভাবে এবং আরও দক্ষতার সাথে চালানোর প্রোগ্রামগুলি তৈরি করা হয়েছে। জিনোমিক ফাইলোস্ট্র্যাটিগ্রাফির সবচেয়ে বিশিষ্ট ব্যবহারগুলির মধ্যে একটি হল ফাইলোজেনি এবং বিকাশমূলক প্রক্রিয়াগুলির মধ্যে পারস্পরিক সম্পর্ক অনুমান করা (প্রায়শই ফাইলোজেনি-এন্টোজেনি পারস্পরিক সম্পর্ক বলা হয়)। জিনোমিক ফাইলোস্ট্র্যাটিগ্রাফি ব্যবহার করে, আজ অবধি বিজ্ঞানীরা প্রাণী, উদ্ভিদ, ছত্রাক এবং এমনকি ব্যাকটেরিয়াল বায়োফিল্মগুলিতে একটি উল্লেখযোগ্য ফাইলোজেনি-অ্যান্টোজেনি সম্পর্ক খুঁজে পেয়েছেন। সমালোচনা যদিও এটি এখন বৈজ্ঞানিক সম্প্রদায়ের দ্বারা ঘন ঘন ব্যবহৃত হচ্ছে, জিনোমিক ফাইলোস্ট্র্যাটিগ্রাফি তার পরিমাপ বিশ্বাসযোগ্য হওয়ার জন্য খুব ভুল হওয়ার জন্য কিছু সমালোচনাও পেয়েছে। প্রথমত, কিছু লেখকের মতে অনুমানগুলিতে নির্ভুলতার অভাব রয়েছে। উদাহরণস্বরূপ, এটি অনুমান করা ভুল যে ফোকাসের জীবের বাইরে সমস্ত প্রজাতি একই প্রোটিন বিবর্তনীয় হার ভাগ করে নেয়, যা সত্য নয় কারণ এটি কোষ চক্রের গতির উপর নির্ভর করে পরিবর্তিত হয়, যার ফলে একই প্রতিষ্ঠাতা জিন থেকে উদ্ভূত সমস্ত প্রোটিনকে ইংরেজি করার জন্য ব্লাস্ট ত্রুটির সীমা নির্ধারণ করতে সমস্যা হয়। আরেকটি বিষয় হল যে ব্লাস্ট অনুসন্ধান অনুমান করে যে প্রোটিন বিবর্তনীয় হার তার সমস্ত স্থানে স্থির, যা মিথ্যা। সবশেষে, এটি বলা যেতে পারে যে মডেলটি জিন অনুলিপিগুলির পাশাপাশি জিন ক্ষতির জন্য সঠিকভাবে হিসাব করে নাঃ নতুন কার্যকরী পরিবর্তনের কারণে জিন অনুলিপিগুলির কারণে বিবর্তনীয় হারের পরিবর্তনগুলি ব্লাস্ট ত্রুটির হার বাড়িয়ে তুলবে এবং অধ্যয়ন করা একটির থেকে দূরে ট্যাক্সাতে জিন হ্রাস তাদের প্রকৃত মানের তুলনায় গণনা করা জিন বয়স এবং প্রতিষ্ঠাতা জিনের ফাইলোস্ট্র্যাটামে দুর্দান্ত অবমূল্যায়নের দিকে পরিচালিত করতে পারে। যাইহোক, পদ্ধতিটি পরিত্যাগ করার দাবি করার পরিবর্তে, সমালোচকরা অন্যান্য সম্ভাব্য গাণিতিক সূত্র বা ক্রম অনুসন্ধান সরঞ্জাম প্রবর্তন করে এটিকে তার মূল অবস্থা থেকে পরিমার্জন করার চেষ্টা করছেন, যদিও রুডার বোস্কোভিচ ইনস্টিটিউট এই ধরনের সমালোচনার জবাব দিয়েছে যে তাদের মূল পদ্ধতি বৈধ ছিল এবং ব্যাপকভাবে সংশোধন করার প্রয়োজন ছিল না। এই বিতর্কটি জিনগত বৈচিত্র্য তৈরিতে ডি নোভো জিন জন্মের গুরুত্বের উপর বিস্তৃত আলোচনার অংশ হিসাবেও অন্তর্ভুক্ত করা হয়েছে, যেখানে জিনোমিক ফাইলোস্ট্র্যাটিগ্রাফি সমর্থন করে যে তারা একটি শক্তিশালী প্রভাব রাখে। জিন প্রতিষ্ঠাতা ঘটনাগুলি কেবল নতুন জিনের জন্মের ঘটনাকেই প্রতিনিধিত্ব করে না, তবে প্রোটিন অনুক্রমের উল্লেখযোগ্য পরিবর্তনও প্রস্তাব করা হয়েছে যা তাদের অন্যান্য সম্পর্কিত জিনের সাথে স্বীকৃতির বাইরে পরিবর্তন করে এবং এইভাবে নতুন জৈবিক ক্রিয়াকলাপ অর্জন করে। তা সত্ত্বেও, জিনোমিক ফাইলোস্ট্র্যাটিগ্রাফি ধরে নেয় যে এই ধরনের "প্রতিষ্ঠাতা ঘটনা" সনাক্তকরণ বিবর্তনীয় অভিনবত্বকে অন্তর্ভুক্ত করে। যাইহোক, সাম্প্রতিক গবেষণায় দেখা গেছে যে নির্দিষ্ট ট্যাক্সোনমিক গ্রুপে (যাকে ট্যাক্সোনমিক্যালি রেস্ট্রিকটেড জিন বলা হয়) সীমাবদ্ধ জিনগুলির সনাক্তকরণকে হোমোলজি সনাক্তকরণ ব্যর্থতা দ্বারা ব্যাখ্যা করা যেতে পারে, যা হল বায়োইনফরম্যাটিক সরঞ্জামগুলির (ব্লাস্ট বা সিকোয়েন্স হোমোলজি সনাক্ত করার জন্য অন্য কোনও সরঞ্জাম) অক্ষমতা যখন প্রোটিন সিকোয়েন্সগুলি ছোট হয় এবং দ্রুত হারে বিকশিত হয়, যা জিনের অপ্রাপ্যতার দিকে পরিচালিত করে। সুতরাং, প্রস্তাবিত "প্রতিষ্ঠাতা ঘটনাগুলির" বেশিরভাগই যা মূলত জিনোমিক ফাইলোস্ট্র্যাটিগ্রাফি দ্বারা সনাক্ত করা হয়েছিল, আরও দূরবর্তী সম্পর্কিত হোমোলগগুলি সনাক্ত করার প্রযুক্তিগত সীমাবদ্ধতার কারণে একটি পদ্ধতিগত নিদর্শন হিসাবে পুনরায় ব্যাখ্যা করা যেতে পারে। সৌভাগ্যবশত, সমতুল্য সনাক্তকরণ ব্যর্থতা স্পষ্টভাবে পরীক্ষা করা যেতে পারে। সম্প্রতি বিকশিত সরঞ্জাম জেনইরা জিন অপ্রাপ্যতার জন্য স্পষ্টভাবে পরীক্ষা করে সম্ভাব্য জিন প্রতিষ্ঠাতা ঘটনা থেকে সমসংস্থান সনাক্তকরণ ব্যর্থতাকে বিচ্ছিন্ন করতে সক্ষম। তথ্যসূত্র জিনোমিক্স