Satelitna DNA - zanemarena infrastruktura genoma

Istraživanje znanstvenika IRB-a otkriva kako su strukturirane drastične genomske razlike između blisko srodnih vrsta kukaca brašnara, ukazujući da bi takvi genomski raskoli mogli biti važni za razumijevanje granica između vrsta.

21.1.2026.

Satelitna DNA - zanemarena infrastruktura genoma

Tim molekularnih biologa Instituta Ruđer Bošković (IRB) iz Laboratorija za nekodirajuće DNA objavio je znanstveni rad koji otkriva kako dinamične promjene u tzv. satelitnim DNA sekvencama mogu značajno oblikovati genome i pridonijeti razlikama između vrlo srodnih organizama.

Rad je objavljen u uglednom časopisu Genome Research, jednom od najutjecajnijih časopisa u području genomske biologije, koji je uvršten i u prestižnu bazu Nature Index.

Kada govorimo o genomu, najčešće mislimo na gene - dijelove DNA koji nose upute za izgradnju i funkcioniranje organizma. Međutim, geni čine tek manji dio genetskog materijala. Velik dio genoma sastoji se od ponavljajućih sekvenci, kojima pripadaju i satelitne DNA. Riječ je o nekodirajućim sekvencama temeljenim na kratkim odsječcima koji se uzastopno ponavljaju tisućama puta. Zbog monotone organizacije i nejasne funkcije, dugo su bile zanemarivane te smatrane genomskim „otpadom“ i „sebičnim DNA molekulama“.

Iako im funkcija još uvijek nije u potpunosti razjašnjena, danas znamo da se satelitne DNA često nalaze u centromerama, središnjim dijelovima kromosoma, koji osiguravaju da se tijekom diobe stanica kromosomi pravilno raspodijele u novonastale stanice. Iako je funkcija centromera među raznim organizmima ista, satelitne DNA im se razlikuju, što dodatno pridonosi kontroverznosti ovih sekvenci.

Zašto baš kukci brašnari?

Kukci brašnari iz roda Tribolium žive u žitaričnim proizvodima i poznati su štetnici u skladištima hrane. No kako su se ovi nametnici iz kuhinjskih ormarića našli u centru znanstvenog istraživanja?

„Antropocentrična znatiželja je razumljiva, ali želimo li rasvijetliti univerzalno biološko pitanje, kao što je funkcionalno-organizacijska struktura centromera, potrebno je, uz humani model, u istraživanje uključiti i druge organizme. Već neko vrijeme znamo da genomi brašnara sadrže velike količine satelitnih DNA, što ih čini odličnim modelnim sustavom za proučavanje satelitnih sekvenci. Međutim, za ovo istraživanje ključan je bio napredak metoda sekvenciranja i bioinformatičkih alata, koji su nam omogućili da prodremo do prije nedokučivih dijelova genoma“, objašnjava dr. sc. Brankica Mravinac, voditeljica istraživanja i dopisna autorica rada.

Što su znanstvenici otkrili?

U ovoj studiji znanstvenici su usmjerili istraživanje na dvije evolucijski blisko srodne vrste brašnara, Tribolium freemani i Tribolium castaneum. Ovi kukci mogu se međusobno pariti, ali je njihovo hibridno potomstvo sterilno, što ih čini idealnom platformom za istraživanje razlika koje razdvajaju vrste.

Znanstvenici su najprije sekvencirali genom kukca T. freemani i računalno izdvojili uzastopno ponovljene sekvence. Pronašli su 135 različitih satelitnih DNA koje zajedno čine gotovo 40 % genoma, pri čemu jedan tip sam čini gotovo trećinu ukupne DNA.

Usporedbom genoma vrste T. freemani s genomom vrste T. castaneum utvrđeno je da se dominantne razlike ne nalaze u genima, već u centromernim regijama, izgrađenim od potpuno različitih visokozastupljenih satelitnih DNA.

Bioinformatičkim analizama oba genoma znanstvenici su uspjeli utvrditi iz kojih su se „prasekvenci“ zajedničkog pretka razvile ove satelitne DNA te zaključili da se njihovo vrsno-specifično umnažanje moralo odviti u evolucijski kratkom razdoblju.

„Uzbudljivu stranu istraživanja predstavljao je put kojim smo dolazili do otkrića. Naime, nijedna od korištenih metoda zasebno nije mogla ponuditi cjeloviti odgovor i tek nam je kombinacija najnaprednijeg sekvenciranja DNA, računalnih analiza i citogenetičkih metoda omogućila da razjasnimo kako su u srodnim genomima potpuno različite sekvence organizirane u funkcionalno ekvivalentnim dijelovima kromosoma”, naglašava dr. sc. Damira Veseljak, prva autorica rada, kojoj je ovo istraživanje ujedno i dio doktorskog rada.

Zašto je ovo istraživanje važno?

Evolucija ne mijenja samo gene, nego i „infrastrukturu” koja ih okružuje. Granica između vrsta ponekad se ne ocrtava u genima, nego upravo u zanemarenom, ponavljajućem dijelu genoma. Satelitne DNA važni su gradivni elementi, koji svojim dinamičkim promjenama snažno utječu na oblikovanje i preoblikovanje genoma. Upravo se tu, smatraju znanstvenici, možda krije dio odgovora na pitanje zašto vrste, koje se mogu križati i kojima geni izgledaju gotovo isto, ipak daju sterilno potomstvo, kao što je to slučaj s kukcima roda Tribolium.

„Satelitne DNA evidentno predstavljaju najveću razliku između ovih evolucijski bliskih genoma, no zasad ostaje otvoreno pitanje jesu li razlike u satelitnoj DNA uzrok nastanka novih vrsta ili njihova posljedica. Daljnja istraživanja u traženju tog odgovora približit će nas boljem razumijevanju kako se genomi mijenjaju i kako iz genetske sličnosti nastaje biološka raznolikost“, ističu autori.

Rezultati istraživanja, koje je u potpunosti provedeno na IRB-u, objavljeni su u radu pod naslovom: “Dynamic evolution of satellite DNAs drastically differentiates the genomes of Tribolium sibling species”. Uz dr. sc. Brankicu Mravinac i dr. sc. Damiru Veseljak, istraživački tim čine dr. sc. Evelin Despot-Slade, dr. sc. Marin Volarić, Lucija Horvat, dr. sc. Tanja Vojvoda Zeljko i dr. sc. Nevenka Meštrović.

Istraživanje je u cijelosti financirano sredstvima Hrvatske zaklade za znanost (HRZZ) kroz projekt IP-2019-04-5522.

Kontaktirajte nas

Ured za odnose s javnošću

+385 1 457 1269
pr@irb.hr

Više informacija

Brankica Mravinac

Viši znanstveni suradnik

Zavod za molekularnu biologiju

Laboratorij za nekodirajuće DNA

Brankica.Mravinac@irb.hr

Tel:

+385 1 457 1264

Interni broj:

1445

Znanstveni rad

Dynamic evolution of satellite DNAs drastically differentiates the genomes of Tribolium sibling species

Pretraži Institut Ruđer Bošković