Genome diversity and karyotype evolution of mammals
2000 کی دہائی میں ارتقاء کے لحاظ سے متنوع انواع میں جینوم کی ترتیب اور نقشہ سازی کا ایک دھماکہ دیکھا گیا۔ اگرچہ ممالیہ جانوروں کی مکمل جینوم ترتیب تیزی سے آگے بڑھ رہی ہے، لیکن چند پرجاتیوں سے آرتھولوگس پورے کروموسومل علاقوں کو جمع کرنے اور صف بندی کرنے کی صلاحیت ابھی ممکن نہیں ہے۔ گھریلو (کتوں اور بلیوں)، لیبارٹری (چوہوں اور چوہوں) اور زرعی (مویشیوں) جانوروں کے لیے تقابلی نقشوں کی تعمیر پر شدید توجہ روایتی طور پر بیماری سے متعلق اور صحت مند فینوٹائپ کی بنیادی بنیاد کو سمجھنے کے لیے استعمال کی جاتی رہی ہے۔ یہ نقشے کثیر انواع کے تجزیے کو کیریوٹائپ ارتقاء کا اندازہ لگانے کے آلے کے طور پر استعمال کرنے کا ایک بے مثال موقع بھی فراہم کرتے ہیں۔ تقابلی کروموسوم پینٹنگ اور متعلقہ تکنیکیں تقابلی جینوم کے مطالعے میں بہت طاقتور نقطہ نظر ہیں۔ مختلف انواع کے کروموسوم پر فلوریسنس ان سیٹو ہائبرڈائزیشن (FISH) کے لیے سالماتی طور پر متعین ڈی این اے تحقیقات کا استعمال کرتے ہوئے ہومیولوجیز کی شناخت اعلی درستگی کے ساتھ کی جا سکتی ہے۔ کروموسوم پینٹنگ کا ڈیٹا اب تقریبا تمام ممالیہ آرڈرز کے اراکین کے لیے دستیاب ہے۔ یہ پایا گیا کہ زیادہ تر ترتیبات میں، کروموسوم ارتقاء کی شرحوں والی انواع موجود ہیں جنہیں 'ڈیفالٹ' شرح سمجھا جا سکتا ہے۔ یہ نوٹ کرنے کی ضرورت ہے کہ 180 ملین سال کی ممالیہ تابکاری کی وجہ سے ارتقائی تاریخ میں طے شدہ ترتیبات کی تعداد نسبتا کم معلوم ہوتی ہے۔ اس طرح ارتقاء کے دوران ہونے والی کیریوٹائپ تبدیلیوں کی تاریخ کا ریکارڈ تقابلی کروموسوم نقشوں کے ذریعے حاصل کیا گیا ہے۔ ممالیہ فائیلوجینومکس جدید ممالیہ (کلاس ممالیہ) کو مونوٹریمس، مارسوپیلس اور پلاسینٹلز میں تقسیم کیا گیا ہے۔ ذیلی زمرہ پروٹوتھیریا (مونوٹریمس) انڈے دینے والے ممالیہ جانوروں کی پانچ انواع پر مشتمل ہے: پلاٹیپس اور چار ایکڈنا انواع۔ انفرا کلاسز میٹا تھیریا (مارسوپیلز) اور یوتھریا (پلاسینٹلز) مل کر ذیلی کلاس تھیریا بناتے ہیں۔ 2000 کی دہائی میں یوتھرین ممالیہ جانوروں کے درمیان تعلقات کی تفہیم نے ایک مجازی انقلاب کا تجربہ کیا ہے۔ مالیکیولر فائیلوجینومکس، نئے جیواشم کی تلاش اور جدید مورفولوجیکل تشریحات اب یوتھیریائیوں کی 4600 سے زیادہ موجودہ انواع کو چار بڑے سپر آرڈینل کلاڈز میں گروپ کرتی ہیں: یوارکونٹوگلیئرس (بشمول پرائمیٹس، ڈرموپٹرا، اسکینڈینشیا، روڈینٹیا، اور لاگومورفا)، لوراسیتھیریا (سیٹارٹیوڈیکٹلا، پیریسوڈیکٹلا، کارنیوورا، چیروپٹرا، فولیڈوٹا، اور یولیپوٹیفلا)، زینارتھرا، اور افروتھیریا (پروبوسیڈیا، سائرینیا، ہائراکوئڈیا، افروسورسیڈا، ٹوبولینڈٹا، اور میکروسیلائڈ)۔ یہ درخت تقابلی ممالیہ سائٹوجینیٹکس میں پہیلی کے حصوں کو متحد کرنے میں بہت مفید ہے۔ کیریوٹائپ: جینوم کا ایک عالمی نظریہ ہر جین ہر خلیے میں ایک ہی کروموسوم کا نقشہ بناتا ہے۔ ربط کا تعین ایک ہی کروموسوم پر دو یا زیادہ لوکی کی موجودگی سے ہوتا ہے۔ کسی نوع کے پورے کروموسومل سیٹ کو کیریوٹائپ کہا جاتا ہے۔ عام آباؤ اجداد کے نزول کا بظاہر منطقی نتیجہ یہ ہے کہ زیادہ قریب سے متعلق انواع میں زیادہ کروموسوم مشترک ہونے چاہئیں۔ تاہم، اب یہ وسیع پیمانے پر سوچا جاتا ہے کہ جینومک تحفظ کی وجہ سے انواع میں فینٹک طور پر ایک جیسے کیریوٹائپ ہو سکتے ہیں۔ لہذا، تقابلی سائٹوجینیٹکس میں، فائلوجینیٹک تعلقات کا تعین کروموسومل اختلافات (ماخوذ خصلتوں) کی قطعیت کی بنیاد پر کیا جانا چاہیے۔ تقابلی سائٹوجینیٹکس کی تاریخی ترقی ممالیہ تقابلی سائٹوجینیٹکس، فائیلوجینیٹکس کا ایک ناگزیر حصہ، خالص وضاحت سے لے کر جینومک دور کی زیادہ تحقیقی سائنس تک کئی مراحل میں تیار ہوا ہے۔ تکنیکی ترقی نے سائٹوجینیٹکس کے مختلف ترقیاتی اقدامات کو نشان زد کیا ہے۔ انسانی جینوم پروجیکٹ کا پہلا مرحلہ اس وقت ہوا جب 1956 میں ٹیجیو اور لیون نے انسانی کروموسوم کی درست ڈپلوئڈ تعداد 2n = 46 بتائی۔ اس مرحلے کے دوران، سینکڑوں ممالیہ پرجاتیوں کے کیریوٹائپز کے اعداد و شمار (بشمول ڈپلوئڈ نمبروں کی معلومات، کروموسوم کی لمبائی اور مورفولوجی، بی کروموسوم کی موجودگی) بیان کیے گئے۔ ڈپلوئڈ نمبر (2n) ہندوستانی منٹجاک میں 2n = 6-7 سے لے کر کچھ چوہوں میں 100 سے زیادہ تک مختلف پائے گئے۔ کروموسوم بینڈنگ دوسرا مرحلہ سی -، جی -، آر-اور بینڈنگ کی دیگر تکنیکوں کی ایجاد سے ماخوذ ہے اور اسے پیرس کانفرنس (1971) نے نشان زد کیا، جس کی وجہ سے ہر انسانی کروموسوم کو پہچاننے اور درجہ بندی کرنے کے لیے ایک معیاری نام دیا گیا۔ جی-اور آر-بینڈنگ بینڈنگ کے سب سے زیادہ استعمال ہونے والے طریقے جی-بینڈنگ (جیمسا-بینڈنگ) اور آر-بینڈنگ (ریورس-بینڈنگ) ہیں۔ یہ تکنیکیں کروموسوم پر سیاہ اور ہلکے ٹرانسورس بینڈ کے تضاد کا ایک خاص نمونہ تیار کرتی ہیں۔ بینڈنگ سے ہم جنس پرست کروموسوم کی شناخت اور بہت سی انواع کے لیے کروموسومل ناموں کی تعمیر ممکن ہو جاتی ہے۔ ہومولوگس کروموسوم کی بینڈنگ کروموسوم کے حصوں اور دوبارہ ترتیب کی شناخت کرنے کی اجازت دیتی ہے۔ 850 ممالیہ پرجاتیوں کے بینڈڈ کیریوٹائپ کا خلاصہ ممالیہ کروموسوم کے اٹلس میں کیا گیا تھا۔ ممالیہ جانوروں میں سی-بینڈنگ اور ہیٹروکرومیٹن کیریوٹائپ کی تغیر پذیری بنیادی طور پر ہر ممالیہ میں ہیٹروکرومیٹن کی مختلف مقدار کی وجہ سے ہوتی ہے۔ ایک بار جب ہیٹروکرومیٹن کی مقدار کو کل جینوم مواد سے گھٹا دیا جاتا ہے، تو تمام ممالیہ جانوروں میں جینوم کے سائز بہت ملتے جلتے ہوتے ہیں۔ ممالیہ پرجاتیوں ہیٹروکرومیٹن مواد اور مقام میں کافی مختلف ہیں. ہیٹروکرومیٹن کا پتہ اکثر سی-بینڈنگ کا استعمال کرتے ہوئے لگایا جاتا ہے۔ سی-بینڈنگ کا استعمال کرتے ہوئے ابتدائی مطالعات سے پتہ چلتا ہے کہ بنیادی تعداد (یعنی کروموسوم بازوؤں کی تعداد) میں فرق مکمل طور پر ہیٹروکرومیٹک کروموسوم بازوؤں کے اضافے کی وجہ سے ہو سکتا ہے۔ ہیٹروکرومیٹن مختلف قسم کے تکراری ڈی این اے پر مشتمل ہوتا ہے، یہ سب سی-بینڈنگ کے ساتھ نہیں دیکھا جاتا ہے جو قریب سے متعلق پرجاتیوں کے کیریوٹائپ کے درمیان بہت مختلف ہو سکتا ہے۔ کنجینرک چوہوں کی انواع کے درمیان ہیٹروکرومیٹن کی مقدار کا فرق ڈپوڈومس پرجاتیوں میں جوہری ڈی این اے کے 33 فیصد، پیرومیسس پرجاتیوں میں 36 فیصد، امموسپرموفیلس میں 42 فیصد اور تھومومس پرجاتیوں میں 60 فیصد تک پہنچ سکتا ہے جہاں سی-ویلیو (ہیپلوئڈ ڈی این اے مواد) 2.1 اور 5.6 پی جی کے درمیان ہوتا ہے۔ سرخ وسکاچا چوہا (ٹمپانوکٹومس بیرری) کی ممالیہ جانوروں میں ریکارڈ سی-ویلیو ہے-9.2 پی جی۔ اگرچہ ٹیٹراپوئڈی کو سب سے پہلے اس کے اعلی جینوم سائز اور ڈپلوئڈ کروموسوم نمبر، سوارٹ مین اور دیگر کی وجہ تجویز کیا گیا تھا۔ اس سے پتہ چلتا ہے کہ اعلی جینوم کا سائز ہیٹروکرومیٹن کی بے پناہ وسعت کی وجہ سے تھا۔ اگرچہ اس کے جینوم میں ایک واحد کاپی جین کی نقل پائی گئی تھی، لیکن جینوم کے بڑے حصے کی نقلیں (زیادہ تر آکٹوڈون ڈیگو تحقیقات کے واحد پینٹ) اور تکراری ڈی این اے ہائبرڈائزیشن شواہد کی عدم موجودگی کے اعداد و شمار ٹیٹراپلوئڈی کے خلاف حکمرانی کرتے ہیں۔ ہیٹروکرومیٹن کی ساخت، بار بار ڈی این اے کی مقدار اور آکٹوڈونٹائڈز کے کروموسوم پر اس کی تقسیم کا مطالعہ بالکل ضروری ہے تاکہ اس بات کی وضاحت کی جا سکے کہ ہیٹروکرومیٹن کا کون سا حصہ سرخ وسکاچا چوہے کے بڑے جینوم کے لیے ذمہ دار ہے۔ تقابلی سائٹوجینیٹکس میں، انواع کے درمیان کروموسوم ہومیولوجی بینڈنگ پیٹرن میں مماثلت کی بنیاد پر تجویز کی گئی تھی۔ قریب سے متعلق انواع میں اکثر بینڈنگ کا نمونہ بہت مماثل ہوتا تھا اور بینڈوں کا موازنہ کرنے کے 40 سالوں کے بعد یہ عام کرنا محفوظ معلوم ہوتا ہے کہ قابل ذکر مستثنیات کے باوجود زیادہ تر ٹیکسونومک گروپوں میں کیریوٹائپ کا انحراف ان کے فائیلوجنیٹک تعلقات کی پیروی کرتا ہے۔ بڑے کروموسومل حصوں کا تحفظ انواع کے درمیان موازنہ کو قابل قدر بناتا ہے۔ کروموسوم بینڈنگ مجموعی طور پر کروموسوم ہومیولوجی کا ایک قابل اعتماد اشارہ رہا ہے، یعنی۔ کہ بینڈنگ کی بنیاد پر شناخت شدہ کروموسوم دراصل وہی جین رکھتا ہے۔ یہ تعلق فائیلوجنیٹک طور پر دور کی انواع یا انواع کے لیے ناکام ہو سکتا ہے جنہوں نے انتہائی تیز کروموسوم ارتقاء کا تجربہ کیا ہے۔ بینڈنگ اب بھی مورفولوجیکل ہے اور ہمیشہ ڈی این اے مواد کا فول پروف اشارے نہیں ہوتا ہے۔ تقابلی سالماتی سائٹوجینیٹکس تیسرا مرحلہ اس وقت ہوا جب سالماتی تکنیکوں کو سائٹوجینیٹکس میں شامل کیا گیا۔ یہ تکنیکیں ڈی این اے کی سطح پر کروموسوم کا موازنہ کرنے کے لیے مختلف سائز کے ڈی این اے تحقیقات کا استعمال کرتی ہیں۔ ہومیولوجی کا موازنہ اعتماد کے ساتھ فائیلوجنیٹک طور پر دور کی انواع یا انتہائی دوبارہ ترتیب شدہ انواع (جیسے گبن) کے درمیان بھی کیا جا سکتا ہے۔ کلاڈسٹک تجزیہ کا استعمال کرتے ہوئے دوبارہ ترتیبات جنہوں نے ممالیہ کیریوٹائپ کو متنوع بنایا ہے ان کا زیادہ واضح طور پر نقشہ بنایا جاتا ہے اور انہیں فائیلوجینیمی نقطہ نظر میں رکھا جاتا ہے۔ "تقابلی کروموسومکس" سالماتی نقطہ نظر سے نمٹنے والے سائٹوجینیٹکس کے میدان کی وضاحت کرتا ہے، حالانکہ "کروموسومکس" اصل میں کرومیٹن کی حرکیات اور انٹرفیس کروموسوم کے ڈھانچے میں مورفولوجیکل تبدیلیوں کی تحقیق کی وضاحت کے لیے متعارف کرایا گیا تھا۔ کروموسوم پینٹنگ یا زو فش وہ پہلی تکنیک تھی جس کا وسیع اثر پڑا۔ اس طریقہ کار کے ذریعے مختلف انواع کے درمیان کروموسوم کے علاقوں کی ہم آہنگی کی شناخت ایک فرد کے ڈی این اے تحقیقات، ایک نوع کے پورے کروموسوم کو دوسری نوع کے کروموسوم کو میٹا فیز کرنے کے لیے ہائبرڈائز کرکے کی جاتی ہے۔ تقابلی کروموسوم پینٹنگ بہت سی انواع کا تیزی سے اور موثر موازنہ کرنے کی اجازت دیتی ہے اور یکساں خطوں کی تقسیم کروموسومل ارتقاء کی منتقلی کا سراغ لگانا ممکن بناتی ہے۔ جب مختلف ممالیہ ترتیبات کا احاطہ کرنے والی بہت سی انواع کا موازنہ کیا جاتا ہے، تو یہ تجزیہ مختلف شاخوں میں کروموسومل ارتقاء کے رجحانات اور شرحوں کے بارے میں معلومات فراہم کر سکتا ہے۔ تاہم، ہم جنس پرستی کا پتہ صرف معیاری طور پر لگایا جاتا ہے، اور حل تصور شدہ علاقوں کے سائز کے لحاظ سے محدود ہوتا ہے۔ اس طرح، یہ طریقہ متعدد ترتیبات (جیسے چوہے اور انسان کے درمیان) سے تمام چھوٹے ہم جنس پرست علاقوں کا پتہ نہیں لگاتا ہے۔ یہ طریقہ بڑے حصوں میں اندرونی الٹ کی اطلاع دینے میں بھی ناکام رہتا ہے۔ ایک اور حد یہ ہے کہ بڑے فائیلوجنیٹک فاصلے پر پینٹنگ کے نتیجے میں اکثر کارکردگی میں کمی واقع ہوتی ہے۔ اس کے باوجود، تقابلی ترتیب کے منصوبوں کے ساتھ مل کر مختلف انواع سے حاصل کردہ پینٹنگ تحقیقات کا استعمال طریقہ کار کے حل کو بڑھانے میں مدد کرتا ہے۔ چھانٹنے کے علاوہ، کروموسوم پینٹنگ کے لیے تحقیقات حاصل کرنے کے لیے کروموسوم اور کروموسوم کے علاقوں کے مائیکرو ڈسیکشن کا بھی استعمال کیا گیا۔ بہترین نتائج اس وقت حاصل ہوئے جب کل انسانی جینوم کا احاطہ کرنے والی مائیکرو ڈسیکشن تحقیقات کی ایک سیریز کو ملٹی کلر بینڈنگ (ایم سی بی) کے ذریعے اینتھروپوئڈ پرائمیٹ کروموسوم پر مقامی بنایا گیا۔ تاہم ایم سی بی کی ایک حد یہ ہے کہ اسے صرف قریب سے متعلق انواع کے گروپ کے اندر استعمال کیا جا سکتا ہے ("فائیلوجنیٹک" ریزولوشن بہت کم ہے)۔ سپیکٹرل کیریوٹائپنگ (اسکائی) اور ایم ایف آئی ایس ایچ-ایک مکمل کروموسومل سیٹ کی تناسب لیبلنگ اور بیک وقت ہائبرڈائزیشن میں اسی طرح کی خرابیاں ہیں اور طبی مطالعات سے باہر اس کا بہت کم استعمال ہوتا ہے۔ کروموسوم پینٹنگ سمیت تقابلی جینومکس کے اعداد و شمار نے ممالیہ کروموسوم کے خاطر خواہ تحفظ کی تصدیق کی۔ کل انسانی کروموسوم یا ان کے بازو بہت سے نالوں میں افروتھیریا اور زینارتھرا تک توسیع شدہ کروموسوم کے علاقوں کو مؤثر طریقے سے پینٹ کر سکتے ہیں۔ انسانی کروموسوم پر جین لوکلائزیشن کے اعداد و شمار کو اعلی وشوسنییتا کے ساتھ دیگر پرجاتیوں کے ہم جنس کروموسوم کے علاقوں میں بڑھایا جا سکتا ہے۔ مفید طور پر، انسان محفوظ سنٹینک کروموسوم تنظیم کا اظہار کرتے ہیں جو تمام پلکینٹل ممالیہ جانوروں کی آبائی حالت سے ملتا جلتا ہے۔ پوسٹ جینومک ٹائم اور تقابلی کروموسومکس ہیومن جینوم پروجیکٹ کے بعد محققین نے مختلف انواع کے جینوم ڈھانچے کے ارتقائی موازنہ پر توجہ مرکوز کی۔ ایک جامع سنگل نیوکلیوٹائڈ نقشہ حاصل کرنے کے لیے کسی بھی نوع کے پورے جینوم کو مکمل طور پر اور بار بار ترتیب دیا جا سکتا ہے۔ یہ طریقہ ان کے درجہ بندی کے فاصلے سے قطع نظر کسی بھی دو پرجاتیوں کے لیے جینوم کا موازنہ کرنا ممکن بناتا ہے۔ ترتیب کی کوششوں نے مالیکیولر سائٹوجینیٹکس میں مفید مختلف قسم کی مصنوعات فراہم کیں۔ ڈی این اے کلونز (بی اے سی اور وائی اے سی کلونز، کاسمائڈز) کے ساتھ سیٹو ہائبرڈائزیشن (فش) میں فلوروسینس نے کئی میگا بیسز کے ریزولوشن پر کروموسوم کے نقشوں کی تعمیر کی اجازت دی جو نسبتا چھوٹے کروموسوم کی تنظیم نو کا پتہ لگا سکتے ہیں۔ انٹرفیز کرومیٹن پر کئی کلو بیس کا ریزولوشن حاصل کیا جا سکتا ہے۔ ایک حد یہ ہے کہ ہائبرڈائزیشن کی استعداد بڑھتی ہوئی فائیلوجنیٹک فاصلے کے ساتھ کم ہوتی ہے۔ ریڈی ایشن ہائبرڈ (آر ایچ) جینوم میپنگ ایک اور موثر طریقہ ہے۔ اس طریقہ کار میں جینوم کو مطلوبہ تعداد میں ٹکڑوں میں خلل ڈالنے کے لیے خلیوں کی تابکاری شامل ہے جو بعد میں چینی ہیمسٹر خلیوں کے ساتھ جڑے ہوئے ہیں۔ نتیجے میں بننے والے سومیٹک سیل ہائبرڈ متعلقہ جینوم کے انفرادی ٹکڑوں پر مشتمل ہوتے ہیں۔ پھر، کل جینوم کا احاطہ کرنے والے 90-100 (بعض اوقات، مزید) کلون منتخب کیے جاتے ہیں، اور دلچسپی کے سلسلے کو پولیمریز چین ری ایکشن (پی سی آر) یا براہ راست ڈی این اے-ڈی این اے ہائبرڈائزیشن کے ذریعے کلون شدہ ٹکڑوں پر مقامی بنایا جاتا ہے۔ دو انواع کے جینوم اور کروموسوم کا موازنہ کرنے کے لیے، دونوں انواع کے لیے آر ایچ حاصل کیے جانے چاہئیں۔ جنسی کروموسوم ارتقاء بہت سے دوسرے ٹیکسوں کے برعکس، تھریئن ممالیہ اور پرندوں کی خصوصیت جینیاتی جنس کے تعین کے انتہائی محفوظ نظام ہیں جو خصوصی کروموسوم کا باعث بنتے ہیں، یعنی۔ جنسی کروموسوم۔ اگرچہ XX/XY جنسی کروموسوم کا نظام یوتھیرین پرجاتیوں میں سب سے زیادہ عام ہے، لیکن یہ عالمگیر نہیں ہے۔ کچھ انواع میں ایکس-آٹوسومل ٹرانسلوکیشن کے نتیجے میں "اضافی Y" کروموسوم ظاہر ہوتے ہیں (مثال کے طور پر، سیاہ مونٹجاک میں XX/XY1Y2Y3 نظام)۔ دیگر انواع میں Y-آٹوسومل ٹرانسلوکیشنز اضافی X کروموسوم کی ظاہری شکل کا باعث بنتے ہیں (مثال کے طور پر، کچھ نیو ورلڈ پرائمیٹس جیسے ہاولر بندروں میں)۔ اس پہلو کے حوالے سے، چوہے ایک بار پھر ایک مخصوص مشتق گروہ کی نمائندگی کرتے ہیں، جس میں غیر کلاسیکی جنسی کروموسوم والی انواع کی ریکارڈ تعداد شامل ہوتی ہے جیسے کہ ووڈ لیمنگ، کالرڈ لیمنگ، کریپ وول، اسپنوس کنٹری چوہا، اکوڈن اور بینڈیکوٹ چوہا۔ حوالہ جات سائٹوجینیٹکس جینوم ممالیہ جینیات فائیلوجینیٹکس