اسم الصورة: بداية علم الوراثة وتجارب مندل على نبات البازلاء

اسم الصورة: بداية علم الوراثة وتجارب مندل على نبات البازلاء

7-2

الوراثة المندلية
Mendelian Genetics

الفكرة الرئيسة وضح مندل كيف يمكن لجين سائد أن يمنع ظهور أثر جين متنحٍ.

الربط مع الحياة للحِمام أنواع مختلفة، منها المطوق والمرقط والهندي والزاجل وغيرها، وقد يحب الناس سلالة معينة منها؛ إما للونها أو لمظهرها العام أو هديلها، وتنتقل هذه الصفات من جيل إلى جيل.

الأهداف
توضح أهمية تجارب مندل في دراسة علم الوراثة.
تصف قانون انعزال الصفات وقانون التوزيع الحر.
تتوقع احتمالات الأبناء الناتجة عن التزاوج مستخدمًا مربع بانيت.

مراجعة المفردات
انعزال الصفات: انفصال الجينات المتقابلة في أثناء الانقسام المنصف.

المفردات الجديدة
الوراثة
الجين المتقابل
الصفة السائدة
الصفة المتنحية
تماثل الجينات
غير متماثل الجينات
الطراز الجيني
الطراز الشكلي
قانون انعزال الصفات
الهجين
قانون التوزيع الحر

How Genetics Began?
كيف بدأ علم الوراثة؟

في عام 1866م نجح مندل في حل لغز أثر يسمى المخلوق الحي الذي اختاره للدراسة، وهو نبات البازلاء. حيث يمتاز هذا النبات بسهولة زراعته ونموه وإنتاجه المستمر لأفراد تحمل شكلًا واحدًا من الصفة. وتتكاثر نباتات البازلاء بالتلقيح الذاتي عادة، كما هو الحال في العديد من النباتات الزهرية. يحدث التلقيح الذاتي عندما تتحد مشيج ذكر مع مشيج أنثوي من الزهرة نفسها. والتحكم في احتمال إمكانية حدوث التلقيح الخلطي في نبات البازلاء يدويًّا، فتمكن مندل من نقل مشيج ذكري (حبة لقاح) من زهرة نبات بازلا إلى عضو التكاثر المؤنث لزهرة نبات بازلاء آخر.

الربط مع التاريخ تتبع مندل الصفات الوراثية المتنوعة في نباتات البازلاء التي هجّنها، ثم حلل النتائج التي حصل عليها، وكون فرضية تتعلق بتوارث الصفات. ومن هنا بدأت دراسة الوراثة genetics، وهي انتقال الصفات الوراثية من جيل إلى آخر.

ماذا قرأت؟ استنتج لماذا استخدم مندل سلالات نباتية نقية في تجاربه؟

The Inheritance of Traits
وراثة الصفات

لاحظ مندل أن سلالات معينة في نبات البازلاء تنتج أشكالًا محددة من الصفة جيلًا بعد جيل؛ فقد لاحظ مثلاً أن بعض السلالات تنتج بذورًا خضراء دائمًا، وبعضها الآخر ينتج بذورًا صفراء دائمًا. ولفهم آلية توارث هذه الصفات، أجرى تلقيحًا خلطيًّا بنقل الأمشاج الذكرية من زهرة نبات بازلاء أخضر البذور إلى عضو التأنيث في زهرة نبات بازلاء آخر أصفر البذور. وقد أزال مندل أعضاء التذكير من زهرة نبات البازلاء الأصفر البذور تجنبًا لحدوث التلقيح الذاتي، وأطلق مندل على نباتات البازلاء الخضراء والصفراء البذور اسم جيل الآباء، ويرمز إليه بالحرف P.

اسم الصورة: نتائج تجربة مندل في تلقيح نبات البازلاء أصفر البذور وأخضر البذور

الجيل

جيل الآباء P
التزاوج بين الصفات النقية

بذور صفراء
ذكر

بذور خضراء
أنثى

الجيل الأول F1

جميعها بذور صفراء

تلقيح ذاتي

الجيل الثاني F2

6022 صفراء : 2001 خضراء
3 : 1

الشكل 7-7 يبين الشكل نتائج عملية التلقيح الخلطي التي قام بها مندل في نبات البازلاء بمحصول صفتي البذور الصفراء والخضراء النقية السلالة.
استنتج لماذا كانت جميع البذور في أفراد الجيل F1 صفراء اللون؟

F1 and F2 generations
الجيل الأول والجيل الثاني

عندما قام مندل بزراعة البذور الناتجة من تلقيح نبات أصفر البذور مع نبات أخضر البذور كانت جميع الأفراد الناتجة صفراء البذور، وسميت هذه النباتات في جيل التلقيح هذا الجيل الأول (F1). ويبدو أن صفة البذور الخضراء اختفت في الجيل الأول، فقرر مندل أن يتحقق من وجود الصفة التي اختفت أو طمست. قام مندل بزراعة أفراد من الجيل الأول الأصفر البذور، ولقحها ذاتيًّا، ثم فحص البذور الناتجة عن هذا التلقيح، والتي سميت الجيل الثاني (F2). وفي الشكل 7-7 النسل الناتج عن تلقيح الجيل الأول. وقد جمع مندل البذور فوجد 6022 بذرة صفراء و2001 بذرة خضراء، وهي نسبة 3:1 تقريبًا من البذور الصفراء إلى الخضراء.

وجرب مندل سبع صفات مختلفة، هي لون البذرة ولون الزهرة، ولون القرن، وشكل البذرة وأملسها، وشكل القرن، وطول الساق، وموقع الزهرة، فوجد أن جميع أفراد النباتات الناتجة عن تلقيح الجيل الأول الذي يحمل هذه الصفات تظهر بنسبة 3:1.

Genes in pairs
أزواج الجينات

استنتج مندل أولًا لا بد من وجود شكلين لصفة البذور في نبات البازلاء، هما: البذور الصفراء والبذور الخضراء، وكل شكل يتحكم فيه عامل يسمى الجين المتقابل Allele، وهو صورة أخرى لجين مفرد ينتقل من جيل إلى آخر. وتشير الأليلات بأنها تسلسلات مختلفة من DNA تحدد صفة واحدة في المخلوق الحي. لذلك فإن جين البذور الصفراء وجين البذور الخضراء هما صورتان مختلفتان لجين واحد هو جين البذور.

كما استنتج مندل أن نسبة 3:1 التي لاحظها في أثناء تجاربه يمكن تفسيرها إذا كانت الجينات المتقابلة موجودة في أزواج في كل نبات. وأطلق على الصفة التي ظهرت في أفراد الجيل الأول F1 والجيل الثاني الصفة السائدة dominant، أما الصفة التي لم تظهر تمامًا في أفراد الجيل الأول F1 والجيل الثاني الصفة المتنحية recessive. عند تلقيح نباتات صفراء البذور مع نباتات خضراء البذور كانت البذور الصفراء هي الصفة السائدة، في حين كانت البذور الخضراء هي الصفة المتنحية.

Dominance
السيادة

عند تقاطع بين مندل عند تلقيحه للجيل الأول F1، أن الأفراد التي لها صفة لم تظهر في الجيل الأول الخضراء لم يختفِ، بل بقي من أليلاتها صفة. فاستنتج مندل أن صفة البذور الخضراء لم تظهر في أفراد الجيل الأول؛ لأن صفة البذور الصفراء سائدة وتغطي على جين صفة البذور الخضراء وتمنعها من الظهور.

يمثل نموذج وراثة الصفات، فيرمز إلى جين الصفة السائدة - وهي البذور الصفراء - بحرف كبير (Y)، في حين يرمز إلى جين الصفة المتنحية - وهي البذور الخضراء - بحرف صغير (y). ويطلق على المخلوق الحي الذي يحمل زوجًا من الجينات المتقابلة المتشابهة لصفة محددة متماثل الجينات homozygous. فصفات (YY) والبذور الصفراء متماثلة الجينات، و(yy) والبذور الخضراء. ويطلق على المخلوق الحي الذي يحمل جينين متقابلين مختلفين لهذه الصفة غير متماثل الجينات heterozygous. وهي في غير متماثلة تظهر الصفة السائدة (Yy)، وعند وجود جينات متقابلة بصورة غير متماثلة تظهر الصفة السائدة.

Genotype and phenotype
الطراز الجيني والطراز الشكلي

قد تكون البذور الصفراء متماثلة الجينات أو غير متماثلة الجينات. ولا يشير المظهر الخارجي للمخلوق الحي دائمًا إلى نوع زوج الجينات الموجودة فيه. ويطلق على أنواع الجينات المتقابلة في المخلوق الحي الطراز الجيني genotype، والطراز الجيني في حالة النباتات الصفراء البذور هو (YY) أو (Yy). أما الخصائص والصفات المظهرية الناتجة عن أزواج الجينات المتقابلة فتسمى الطراز الشكلي phenotype، فالطراز الشكلي لنبات بازلاء طرازه الجيني (yy) هو البذور الخضراء دائمًا.

المفردات
أصل الكلمة

متماثل الجينات (Homozygous)
غير متماثل الجينات (Heterozygous)
الكلمة الأولى مشتقة من الكلمة اليونانية homos وتعني الشيء نفسه، أما الكلمة الثانية من hetero وتعني الآخر أو المختلف. وكلمة zygon تعني أي ارتباط.

مهن مرتبطة مع علم الأحياء

فني مختبر الوراثة
Genetics Laboratory Technician

يساعد فني مختبر الوراثة الباحثين على إجراء التجارب، والمحافظة على سلامة المختبر.

اسم الصورة: قانون انعزال الصفات في تكوين الأمشاج والإخصاب

الشكل 7-8 تنفصل الجينات المتقابلة في أثناء تكوين الأمشاج في طراز جيني (YY) و(yy). تستنتج الأمشاج تحمل جين (Y) و(y). وتتحد هذه الأمشاج عن كلا الأبوين في أثناء الإخصاب.

تكوين الأمشاج

بذور بازيلاء صفراء YY
تنقسم انقسامًا منصفًا
تكوين الأمشاج
أمشاج
حوية نبات أو بويضات
Y
Y

بذور خضراء yy
تنقسم انقسامًا منصفًا
تكوين الأمشاج
y
y

إخصاب

أمشاج
حبة لقاح أو بويضة واحدة

Y
y

الإخصاب
لاقحة

أفراد الجيل الأول جميعها
بذور صفراء غير متماثلة الجينات
Yy

Y = جين اللون الأصفر
y = جين اللون الأخضر

Law of segregation
قانون انعزال الصفات

استخدم مندل بذورًا صفراء وخضراء متماثلة الجينات عند تلقيح الآباء. ويبين الجزء العلوي من الشكل 7-8 (A) أن كل مشيج من نباتات البذور الصفراء يحتوي Y واحدة، لأن عدد الكروموسومات تنصف في المنصف في أثناء الانقسام المنصف، فإن الأمشاج الناتجة تحتوي جينًا واحدًا من زوج جينات لون البذور المتقابلة.

أما الجزء السفلي من الشكل 7-8 فيبين أن كل مشيج من النبات الأخضر البذور يحتوي جينًا (y) واحدًا. وينص قانون انعزال الصفات law of segregation على أن زوجي الجينات المتقابلة لحقيقة الصفة الواحدة تنفصل في أثناء الانقسام المنصف. وفي أثناء الإخصاب تتحد الجينات المتقابلة لصفة مرة أخرى. يبين الشكل 7-8 (B) اندماج الجينات المتقابلة في الأمشاج لإنتاج الطراز الجيني (Yy) في أثناء الإخصاب. وتحمل جميع نباتات أفراد الجيل الأول الطراز الجيني (Yy)، وطرازها الشكلي هو بذور صفراء؛ لأن الجين الأصفر سائد على اللون الأخضر. وتسمى هذه المخلوقات الحية غير المتماثلة الجينات المخلوقات الحية الهجينة hybrid.

اسم الصورة: التلقيح الأحادي الصفة والتوزيع الحر للجينات

Monohybrid cross
التلقيح الأحادي الصفة

الشكل 7-9 تجربة مندل عندما قام بتلقيح أفراد النباتات التي تحمل الطراز الجيني (Yy) بالتلقيح الذاتي. وتسمى عملية التلقيح التي يحدث فيها التزاوج بين جينات صفة واحدة التلقيح الأحادي monohybrid cross. تنتج النباتات الحاملة للطراز الجيني (Yy) أربعة أنواع من الأمشاج، هما الأمشاج الذكرية، والأمشاج الأنثوية، وكل واحد منهما يحمل الجين (Y) أو (y). وتتحد هذه الأمشاج عشوائيًّا، فينتج عن هذا التلقيح الطرز الجينية التالية: YY، Yy، Yy، yy. لاحظ أن الجين السائد يكتب أولًا (Y) سواء أكان من المشيج الذكري أم الأنثوي، ونتج عن نتائج الجيل الأول لأفراد ذات صفة مختلطة هي: YY، وYy، وyy بنسبة الطرز الجينية 1:2:1. أما نسبة الطرز الشكلية فهي 3:1 صفراء البذور إلى خضراء البذور.

Dihybrid cross
التلقيح الثنائي الصفة

بعد أن أثبت مندل نمط وراثة الصفة الواحدة بدأ يختبر وراثة صفتين، أو أكثر في النبات نفسه. وفي نبات البازلاء تعد صفة البذور المستديرة (R) سائدة على البذور المجعدة (r)، وصفة البذور الصفراء (Y) سائدة على البذور الخضراء (y). فقام مندل بتلقيح بذور صفراء مستديرة متماثلة الجينات مع بذور خضراء مجعدة متماثلة الجينات، ونتجت جميع أفراد F1 لها الطراز الجيني YyRr × yyrr. ثم استكمل النتائج الجينية لأفراد الجيل الأولى على النحو التالي: YyRr نباتات صفراء البذور مستديرة. ويطلق على نبات الجيل الأول الثنائية الصفة الهجينة؛ لأن جيناتها غير متماثلة لكلتا الصفتين.

Law of independent assortment
قانون التوزيع الحر

قام مندل بتلقيح أفراد الجيل الأول التي تحمل الطراز الجيني (YyRr) ذاتيًّا في عملية تلقيح ثنائي الصفة، ثم قام بحساب نسبة الطرز الجينية والطرز الشكلية للأبناء في كل من الجيل الأول والجيل الثاني. وتوصل من هذه النتائج إلى قانون التوزيع الحر law of independent assortment، الذي ينص على أن التوزيع العشوائي للجينات المتقابلة يحدث في أثناء تكون الأمشاج، حيث تتوزع الجينات على الكروموسومات المنفصلة بشكل حر في أثناء عملية الانقسام المنصف.

وكما يبين الشكل 7-10، ينتج عن التوزيع العشوائي للجينات المتقابلة، أربعة أمشاج محتملة، هي: YR، Yr، yR، yr، واحتمالات حدوثها متساوية.

الشكل 7-9 في أثناء التلقيح الذاتي لأفراد الجيل الأول تلقيت الأمشاج الذكرية الأمشاج الأنثوية عشوائيًّا.

P
بازلاء صفراء
YY

بازلاء خضراء
yy

مشيج ذكري
مشيج أنثوي

F1
بازلاء صفراء
Yy

تلقيح ذاتي
ذكر Yy
أنثى Yy

F2
YY
Yy
Yy
yy

بازلاء صفراء
بازلاء خضراء

الشكل 7-10 يتم تمثيل قانون التوزيع الحر في التلقيح الثاني الصف، وترى فيه تساويية لكل زوج من الجينات المتقابلة (Yy/Rr)، بأن تتحد عشوائيًّا بعضها ببعض.
توقع ما عدد أنواع الأمشاج المحتملة الناتجة؟

تكوين الأمشاج
الجينات المتقابلة على خلية ثنائية نوية

احتمالات جينية محتملة لأمشاج
YR 1/4
Yr 1/4
yR 1/4
yr 1/4

وعندما يتم التلقيح الذاتي للنبات، فهناك احتمال وجود أي من هذه المجموعات الجينية الأربع في المشيج الذكري، وكذلك وجود أي منها في المشيج الأنثوي.

واشتمل التلقيح الثنائي الذي قام به مندل على تسعة طرز جينية مختلفة، هي: YYRR، YYRr، YyRR، YyRr، yyRR، yyRr، YYrr، Yyrr، yyrr. لكنه أحصى الطرز الشكلية مختلفة، فاكتشف مندل 315 بذورًا صفراء مستديرة، و108 بذور خضراء مستديرة، و101 بذور صفراء مجعدة، و32 خضراء مجعدة. ومثلت هذه النتائج حسب الطرز الشكلية التقريبية التالية: 9:3:3:1.

ماذا قرأت؟ قوم كيف يمكن أن تنتج نسبة يمكن توقعها من التوزيع العشوائي للجينات؟

Punnett Square
مربع بانيت

عمل موقع الجينات والطرازي وضع عالم الوراثة البريطاني رجينالد بانيت في بداية عام 1900م لتوقع الأبناء المحتملين والناتجين عن التلقيح بين طرازين جينيين معروفين للآباء. ولقد سهل مربع بانيت تنبؤ الطرز الجينية المحتملة.

Punnett Square-monohybrid cross
مربع بانيت- التلقيح الأحادي الصفة

القدرة على ثني اللسان صفة سائدة، يرمز إليها بالحرف T. افترض أن كلا الوالدين يستطيع ثني اللسان، وهما غير متماثلي الجينات (Tt)، فما الطرز الشكلية المحتملة لأبنائها؟

اسم الصورة: تجربة توقع الاحتمالات في الوراثة

تجربة 7-1
توقع الاحتمالات في الوراثة

كيف تفيد توقعات الأبناء؟ يساعد مربع بانيت في توقع نسب الصفات السائدة إلى الصفات المتنحية في الطرز الجينية للأبناء. وتشمل هذه التجربة أبوين غير متماثلي الجينات لصفة شحمة الأذن الحرة (F)، وهي صفة سائدة. أما الصفة المتنحية فهي شحمة الأذن الملتصقة ويرمز إليها بالحرف (e).

خطوات العمل

• املأ بطاقة السلامة في دليل التجارب العملية.
• حدد الطراز الجيني للأبوين في هذه الصفة التي سيجريها كل من الأبوين.
• ارسم مربع بانيت بحيث تكون عدد أعمدته وصفوفه مساوية لعدد الجينات المتقابلة التي تنتج في أمشاج كل من الأبوين.
• اكتب الحرف الذي يرمز إلى كل جين من جينات أحد الأبوين فوق كل عمود في مربع بانيت، وحرف كل جين من جينات الأب الآخر على جانب كل صف في مربع بانيت.
• اكتب - في الصناديق داخل الجدول - الطرز الجينية للأبناء الناتجة عن اتحاد الجينات المتقابلة لكل من الذكر والأنثى معًا.

التحليل

• افحص الطرز الشكلية المحتملة للأبناء.
• قوم ما نسبة الطرز الشكلية والطرز الجينية المحتملة للأبناء؟

الصفحة 196

اسم الصورة: مربع بانيت للتلقيح الأحادي والثنائي الصفة

الشكل 7-11 تعد قدرة الشخص على ثني لسانه صفة سائدة. ويلخص مربع بانيت احتمالات ارتباط الجينات الخاصة بصفة ثني اللسان.

T - الجين الذي يرمز لصفة ثني اللسان.
t - الجين الذي يرمز لعدم ثني اللسان.

أنثى
ذكر

تتفحص مربع بانيت في الشكل 7-11 بتحديد عدد المربعات بعدد أنواع الجينات المتقابلة المحتملة. (T) أو (t) التي يحتويها كل واحد من الأبوين. وفي هذه الحالة يتكون مربع بانيت من مربعين × مربعين؛ لأن كل واحد من الأبوين ينتج نوعين مختلفين من الأمشاج. لاحظ أن المشيج الذكري يكتب أفقيًّا، في حين يكتب المشيج الأنثوي عموديًّا، كما تكتب احتمالات ارتباط المشيج الذكري مع المشيج الأنثوي داخل كل مربع.

ما عدد الطرز الجينية المختلفة التي تجدها في مربع بانيت؟ يوجد في أحد المربعات الطراز الجيني (TT)، والطراز الجيني (Tt) في مربعين آخرين، وفي المربع الآخر يوجد الطراز الجيني (tt)، لذا فإن نسبة الطرز الجينية المحتملة للأبناء هي 1:2:1. أما نسبة الطرز الشكلية لصفة القدرة على عدم القدرة على ثني اللسان فهي 3:1.

Punnett Square-dihybrid cross
مربع بانيت- التلقيح الثنائي

تفحص مربع بانيت في الشكل 7-12 تلاحظ وجود نوعين من الجينات المتقابلة فقط في جيل الأبوين في نبات البازلاء.

الشكل 7-12 يوضح التلقيح الثنائي الصفة في مربع بانيت احتمالات ارتباط الجينات المتقابلة لكل واحد من الأبوين في نبات البازلاء.

جيل الآباء P

YYRR
yyrr

الطراز الشكلي للأباء

أصفر مستدير
أخضر مجعد

الجيل الأول F1
هجين ثنائي الصفات
YyRr

F2

الطراز الجيني
Y_R_
yyR_
Y_rr
yyrr

الطراز الشكلي
أصفر مستدير
أخضر مستدير
أصفر مجعد
أخضر مجعد

العدد
315
108
101
32

الطرز الشكلية
16:9
16:3
16:3
16:1

فقط في جيل الأبوين في نبات البازلاء. فعند تلقيح أفراد الجيل الأول تنتج أربعة أنواع من الجينات المتقابلة من الأمشاج الذكرية، وأربعة أنواع من الجينات المتقابلة من الأمشاج الأنثوية، فكانت نسبة الطرز الشكلية الناتجة على النحو التالي: 9:3:3:1. صفراء مستديرة إلى خضراء مستديرة إلى صفراء مجعدة إلى خضراء مجعدة. تطابقت بيانات مندل مع النتائج المتوقعة من مربع بانيت.

Probability
الاحتمالات في الوراثة

يمكن مقارنة توارث الجينات باحتمالات رمي قطعة نقدية. فاحتمال ظهور الوجه الذي يحمل الصورة هو 1 من 2، أو 1/2، وإذا رميت القطعة مرتين فإن احتمال ظهور الصورة هو 1/2 في كل مرة، أو 1/2 × 1/2 = 1/4 في مرتين. وقد لا تطابق البيانات الحقيقية بدقة مع النسب المتوقعة. فأنت تعلم أنك إذا رميت القطعة النقدية في الهواء فقد لا تحصل على الوجه الذي يحمل الصورة مرة واحدة من كل مرتين. لذا فإن نتائج مندل مساوية تمامًا للنسبة 9:3:3:1، ومع ذلك فإن عددًا كبيرًا من الأبناء الناتجين عن التلقيح يطابقون النتائج المتوقعة من مربع بانيت.

اسم الصورة: التقويم 7-2

التقويم 7-2

الخلاصة

• أول من درس الوراثة العالم جريجور مندل الذي ألقى تجاربه على نبات البازلاء الضوء على وراثة الصفات.
• وضع مندل قانون انعزال الصفات وقانون التوزيع الحر.
• يساعد مربع بانيت على توقع الأبناء المحتملين من التلقيح.

فهم الأفكار الرئيسة

• الفكرة الرئيسة ارسم. استخدم مربع بانيت لتوضح كيف يمنع الجين السائد ظهور أثر الجين المتنحي.
• طبق قانون انعزال الصفات وقانون التوزيع الحر بإعطاء مثال على كل منهما.
• استخدم مربع بانيت. صفة لون العيون الحمراء (R) في ذبابة الفاكهة سائدة على صفة لون العيون الوردية (r). فما نسبة الطرز الشكلية الناتجة عن تلقيح ذكر غير متماثل الجينات لأنثى ذات عيون وردية؟

التفكير الناقد

• قوم الفوائد التي قدمتها تجارب مندل لعلم الوراثة.

• الرياضيات في علم الأحياء ما احتمال الحصول على رقم 2 عند رمي الزهر؟ وما احتمال الحصول على الرقم 2 عند رمي زهرين؟ وكيف تستخدم الاحتمالات في دراسة الوراثة؟