תעלומת ערך C

גדיל DNA
תעלומת ערך C (באנגלית: C-value enigma) היא התעלומה העוסקת במגוון הנרחב בגודל הגנום של יצורים אאוקריוטים. לב התעלומה הוא הממצא שגודל הגנום לא נמצא במתאם סטטיסטי עם המורכבות של האורגניזם. לדוגמה, ישנם פרוטיסטים חד-תאיים שהגנום שלהם גדול יותר מזה של האדם.
קיימת אחידות בכמות ה-DNA הגרעיני של כל התאים בכל הפרטים הנמנים עם אותו מין של בעל חיים, ובסדרת ניסויים הוכח כי הגנים שב-DNA הם אלו שקובעים בראש ובראשונה את תכונות הפרט. המונח "ערך C" משקף את הקביעות (Constancy) הזאת בכמות ה-DNA. לאחר מכן נמצא כי ערך C (גודל הגנום) משתנה במידה רבה בין יצורים ממינים שונים, וכי אין מתאם בינו לבין מספר הגנים המשוער של היצור (דבר המייצג את מורכבותו). לדוגמה, במינים אחדים של סלמנדרות יש כמות DNA הגדולה פי 40 מזו של האדם. כיוון שערכי C נחשבו לקבועים לאור העובדה ש-DNA הוא החומר שממנו מורכבים הגנים, ועדיין אין כל קשר למספרם, הדבר נחשב לתעלומה וכונה לראשונה "פרדוקס ערך C" בשנת 1971.
בשני מאמרים שפורסמו ב-1980 טענו חוקרי אבולוציה כי חלקים מסוימים בגנום הם למעשה סוג של "טפיל", המתרבה בגנום תוך שמירה על האינטרסים שלו על חשבון חלקים אחרים בגנום. ההשפעה של החלקים הטפיליים יכולה להיות מועילה (הכפלת גן שהתוצר שלו נחוץ בכמויות גדולות), מזיקה (הפעלת אונקוגן לדוגמה) או נייטרלית. בשתי האפשרויות הראשונות יש כיוונים מנוגדים בברירה הטבעית ברמת הרצף וברמת הפנוטיפ של הפרט, ורק באפשרות השלישית הברירה הטבעית תפעל אך ורק לטובת הרצף. החוקרים התבססו על פרדוקס ערך C, כפי שהוא כונה באותה עת.
התגלית כי ישנם אזורים ב-DNA שאינם מקודדים לחלבונים פתרה את השאלה המרכזית של הפרדוקס: גודל הגנום לא משקף את מספר הגנים ביצורים איקריוטים, כיוון שרוב ה-DNA שלהם כלל לא מקודד לתוצר כלשהו ולפיכך לא משמש כגן. לדוגמה, רק כ-2% מהגנום האנושי מקודדים לחלבונים, ושאר הגנום מורכב מ-DNA לא מקודד כגון טרנספוזונים ורצפים חוזרים ונשנים.
המונח תעלומת ערך C ייצג את העדכון במונח פרדוקס ערך C שהפך לבלתי מדויק לאור התגליות הנוגעות למבנה ה-DNA, וכיום הוא מתייחס למגוון בכמות ה-DNA הלא מקודד שנמצא בגנומים של איקריוטים שונים. תעלומת ערך C, בניגוד למונח הישן "פרדוקס ערך C", מוגדרת כסדרת שאלות נפרדות אך בעלות חשיבות כל אחת, ובהן:
מהם סוגי ה-DNA הלא-מקודד שקיימים בגנום איקריוטים שונים, ובאיזה יחסים?
מה מקורו של הDNA הלא-מקודד, וכיצד הוא מתפשט מגנומים או נשמט מהם לאורך האבולוציה?
מה ההשפעות, או אפילו תפקידים, שיש ל-DNA הלא-מקודד על כרומוזומים, גרעין התא, תאים בכללותם ואורגניזמים?
מדוע ישנם אורגניזמים עם גנום חסכני (כגון חיידקים מסוימים), ולאחרים יש כמויות גדולות מאוד של DNA לא מקודד?
ישנן השערות רבות המספקות מענה לשאלות אלה. אוהנו טוען כי הכפלת גנים מאפשרת שינויים בתפקודים של העותקים החדשים בלי לפגוע בתפקוד העותקים המקוריים, ובכך להגביר את המורכבות וטווח התגובה של האורגניזם. ישנם שני סוגים של גנים מוכפלים: גנים פרלוגיים הם גנים הומולוגיים בלוקוסים שונים באותו פרט, שמקורם באירוע הכפלה בגנום עצמו, וגנים אורתולוגיים הם גנים הומולוגיים במינים שונים שמקורם באירוע ספציאציה.
לא כל ההכפלות כרוכות בהתגוונות של העותקים שנוצרו. דוגמה לכך היא המתאם בין גודל הגנום לבין הגנים המקודדים ל-RNA. הדמיון הגדול בין הגנים הללו לא ניתן להסבר באמצעות ברירה טבעית חלשה. מנגנונים העשויים להסביר זאת הם שחלוף אקסונים וטרנספוזיציה מכפילה, משמרת או טרנספוזיציית RNA. אפשרות נוספת היא תהליך של אבולוציה מתואמת, המתרחש ברצפים נשנים מאותה משפחת גנים, ובו ההומולוגיה בין רצפים פרלוגיים גדולה יותר מההומולוגיה בין רצפים אורתולוגיים. היא גורמת להתפשטות עותק מסוים של גן בגנום ובאוכלוסייה. מנגנונים אפשריים לתהליך זה הם תהליך טרנספוזיציה שבו הטרנספוזון מאבד את יכולתו לנדוד ממקום למקום בגנום, שחלוף לא-מושווה המשנה את כמות הגנים במשפחה כלשהי, והמרה גנית שבו מוחלף עותק של גן בעותק אחר.