اسم الصورة: ارتباط الجينات وتعدد المجموعات الكروموسومية

اسم الصورة: ارتباط الجينات وتعدد المجموعات الكروموسومية

7-3

ارتباط الجينات وتعدد المجموعات الكروموسومية
Gene Linkage and Polyploidy

الفكرة الرئيسة يدل عبور الجينات المرتبطة بعضها ببعض على التنوع الوراثي.

الربط مع الحياة قد تجد أنواعًا مختلفة من النباتات في الحديقة؛ لا يوجد مثلها في الحياة البرية. فمثلاً لا بد أنك قد رأيت أنواعًا مختلفة من الأزهار المتباينة الألوان، كالحمراء والوردية والبيضاء. يستعين مهجنو النباتات بمعرفة العلماء بالجينات لتنوع خصائص معينة بهدف إنتاج أزهار فريدة.

الأهداف
تلخص كيف يؤدي الانقسام المنصف إلى تراكيب جينية جديدة.
تفسر كيف يمكن استخدام ارتباط الجينات في عمل خريطة كروموسومية.
تحلل أهمية تعدد المجموعة الكروموسومية في مجالات الزراعة.

مراجعة المفردات
البروتين: بوليمر معقد كبير ضروري للحياة، يساعد على بناء الأنسجة والأعضاء، وقيام الخلايا بوظائفها الأيضية.

المفردات الجديدة
التراكيب الجينية الجديدة
متعدد المجموعة الكروموسومية

Genetic Recombinations
التراكيب الجينية الجديدة

الربط مع الرياضيات يطلق على ارتباط الجينات الجديد الناتج عن العبور الجيني والتوزيع الحر التراكيب الجينية الجديدة genetic recombination، والتراكيب الجينية المحتملة للجينات الناتجة عن التوزيع الحر يمكن حسابها باستخدام المعادلة (2n)، حيث (n) عدد أزواج الكروموسومات. يحتوي نبات البازلاء على 7 أزواج من الكروموسومات، لذا فإن التراكيب الجينية المحتملة هي (27) أو 128 تركيبًا. ولما كان أي مشيج ذكري يحتمل أن يلتقي أي مشيج أنثوي آخر فإن عدد التراكيب المحتملة بعد الإخصاب هو (128×128) أو (16,384). أما في الإنسان فإن عدد التراكيب المحتملة بعد الإخصاب هي (223×223)، أي أكثر من 70 تريليون، وهذا يفسر سبب التراكيب الجينية الجديدة الناتجة عن العبور الجيني، سبحان الله!

Gene linkage
ارتباط الجينات

تذكر أن الكروموسومات تحوي جينات متعددة مسؤولة عن بناء البروتينات الخاصة، وتسمى الجينات التي يقع بعضها قرب بعض على الكروموسوم نفسه الجينات المرتبطة، وعادة ما تنتقل هذه الجينات معًا (كقطعة واحدة) في أثناء تكوين الأمشاج. تخضع الشكل 7-13. لاحظ أن الجينين A و B يقع أحدهما قرب الآخر على الكروموسوم نفسه وينتقلان معًا في أثناء الانقسام المنصف. ولا ينطبق قانون مندل الثاني (التوزيع الحر) على ارتباط الجينات على الكروموسوم؛ لأن الجينات المرتبطة لا تنفصل عادة بشكل حر أو مستقل.

اسم الصورة: الجينات المرتبطة في الانقسام المنصف

الشكل 7-13 تمثل الجينات التي ترتبط على الكروموسوم نفسه مع بعضها في الشكل.
احسب عدد التراكيب الجينية المحتملة إذا أصبح لدينا ثلاث من هذه الأزواج معًا.

كروموسومات متماثلة متضاعفة
المرحلة الأولى من الانقسام المنصف
انفصال الكروموسومات المتماثلة
المرحلة الثانية من الانقسام المنصف
انفصال السنترومير وتكوين الأمشاج
مشيج أنثوي
مشيج أنثوي
مشيج أنثوي
مشيج أنثوي

تمت دراسة ارتباط الجينات أول مرة باستخدام ذبابة الفاكهة Drosophila melanogaster، وأكدت آلاف عمليات التلقيح أن الجينات المرتبطة تنتقل معًا في أثناء الانقسام المنصف، ومع ذلك كشفت بعض النتائج أن الجينات المرتبطة لا تنتقل دائمًا معًا في أثناء الانقسام المنصف. فاستنتج العلماء أن الجينات المرتبطة يمكن أن تنفصل في أثناء العبور الجيني.

Chromosome maps
خرائط الكروموسومات

تحدث عملية العبور الجيني في الجينات البعيدة بعضها عن بعض أكثر من الجينات القريب بعضها من بعض. وتبين الرسم الذي يسمى خريطة الكروموسومات ترتيب الجينات على الكروموسوم، ويمكن رسمها باستخدام بيانات عملية العبور الجيني. نشرت أول خريطة كروموسومات عام 1913م باستخدام بيانات من آلاف عمليات التلقيح التي أجريت على ذبابة الفاكهة. لا تمثل خريطة الكروموسوم المسافات الحقيقية على الكروموسوم، ولكنها تمثل المواقع النسبية للجينات. ويبين الشكل 7-14 أول خريطة كروموسومات لذبابة الفاكهة. لاحظ أنه كلما ازداد تكرار حدوث عملية العبور الجيني أصبحت الجينات أكثر تباعدًا.

اسم الصورة: خريطة الكروموسوم X لذبابة الفاكهة

الشكل 7-14 توضح الخريطة الكروموسومية للكروموسوم X في ذبابة الفاكهة Drosophila melanogaster في عام 1913م.

النوع البري
لون الجسم الأصفر
لون العين الأبيض
لون العين الخمري

في أثناء عملية التلقيح، يرتبط تبادل الجينات مباشرة مع تكرار حدوث عملية العبور الجيني بينها. ترتبط هذه التكرارات بالمسافات النسبية بين زوج الجينات. وتسمى وحدة القياس المستخدمة في تقدير المسافة بين موقع جينين على الكروموسوم الواحد وحدة خريطة واحدة، وتسمح هذه الحدود نسبة عبور مقدارها 1%. والجينات المتباعدة أكثر لها تكرارات أكبر لحدوث عملية العبور الجيني. الشكل 7-14.

اسم الصورة: تجربة خريطة الكروموسومات

تجربة 7-2

خريطة الكروموسومات

أين تقع الجينات على الكروموسوم؟ تربط المسافة بين جين على الكروموسوم بتكرار عملية العبور الجيني بينها. وبمقارنة بيانات عدة أزواج من الجينات يمكن تحديد الموقع التقديري للجين.

خطوات العمل

• املأ بطاقة السلامة في دليل التجارب العملية.
• احصل على جدول تكرار عبور أزواج الجينات من معلمك.
• ارسم خطًّا على ورقة، وضع عليه علامات بعيد بعضها عن بعض 1 cm؛ لتمثل كل علامة من علامات تكرار عبور جيني بنسبة 1%.
• عين إحدى العلامات التي سمتها المعلم لحرف A. ابدأ كأن علامة العبور الجيني بين زوج الجينات A و B في الجدول الذي يزودك به معلمك؛ استخدم هذه البيانات في تحديد المسافة الصحيحة (البعد) بين موقع B عن A.
• استخدم تكرار عملية العبور الجيني بين زوج الجينات A و C وزوج الجينات B و C لاستنتج موقع الجين C.
• كرر الخطوتين 4 و 5 لكل جين، واضعًا علامة بجوارها على الخط.

التحليل

• قوم. هل يمكن معرفة موقع الجين على الكروموسوم إذا استخدم جين واحد آخر فقط؟
• قوم. لماذا يفضل استخدام تكرار عبور جيني أكبر من أجل الحصول على خريطة كروموسومية أكثر دقة؟

اسم الصورة: نباتات متعددة المجموعة الكروموسومية الفراولة والقهوة

Polyploidy
تعدد المجموعة الكروموسومية

لمعظم أنواع المخلوقات الحية خلايا ثنائية المجموعة الكروموسومية، وبعضها له خلايا متعددة المجموعة الكروموسومية polyploidy وهي وجود مجموعة إضافية واحدة أو أكثر من الكروموسومات في المخلوق الحي. فالمخلوق الحي الثلاثي المجموعة الكروموسومية على سبيل المثال، يرمز إليها بالرمز (3n)، وتعني أنه يحوي ثلاث مجموعات كاملة من الكروموسومات. ونادرًا ما يحدث تعدد المجموعة الكروموسومية في الحيوانات، ولكنه يحدث أحيانًا في ديدان الأرض والأسماك الذهبية. أما في الإنسان فإن حدوث تعدد المجموعة الكروموسومية قاتل. وهناك واحد من كل ثلاثة أنواع من النباتات الزهرية متعددة المجموعة الكروموسومية تقريبًا. ومن الأمثلة عليها نبات القمح (6n)، والشوفان (6n)، وقصب السكر (8n)، ويبين الشكل 7-15 نباتات متعددة المجموعة الكروموسومية، وهي غالبًا تمتاز بالصلابة والحيوية والحجم الكبير.

الفراولة (8n)

القهوة (4n)

الشكل 7-15 العديد من النباتات المتنوعة - ومنها نبات الفراولة والقهوة - متعددة المجموعة الكروموسومية.

اسم الصورة: التقويم 7-3

التقويم 7-3

الخلاصة

• تنتج التراكيب الجينية الجديدة عن عملية العبور الجيني والتوزيع الحر.
• رسمت الخرائط الكروموسومية الأولى بناء على ارتباط الجينات على الكروموسوم.
• يختار المزارعون النباتات المتعددة المجموعة الكروموسومية بناء على خصائصها المرغوب فيها.

فهم الأفكار الرئيسة

• الفكرة الرئيسة حلل كيف ترتبط عملية العبور الجيني مع التنوع؟
• ارسم. افترض أن الجينين D و C مرتبطان على الكروموسوم نفسه، والجينين c و d على كروموسوم آخر، مفترضًا عدم حدوث عملية العبور. ارسم الخلايا الجديدة الناتجة عن الانقسام المنصف مبينًا الكروموسومات ومواقع الجينات.
• صف كيف يستخدم تعدد المجموعة الكروموسومية في مجالات الزراعة.

التفكير الناقد

• ارسم خريطة كروموسومات للجينات A و B و C و D مستخدمًا بيانات العبور الجيني الآتية:

25% = A → D
30% = A → B
15% = C → D
5% = B → D
20% = B → C

• قوم المزايا التي يوفرها تعدد المجموعة الكروموسومية الكروموسومية للمزارعين؟

• الكتابة في علم الأحياء اكتب قصة تصف فيها مجتمعًا يخلو سكانه من التنوع الوراثي.