الوراثة المندلية
8-2 الوراثة المندلية
Mendelian Genetics
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.
الفكرة الرئيسية
وضح مندل كيف يمكن لجين سائد أن يمنع ظهور أثر جين متنح.
الربط مع الحياة
للحمام أنواع مختلفة، منها المطوق والمرقط والمهدب والأرجل وغيرها، وقد يحب الناس سلالة معينة منها؛ إما للونها أو لمظهرها العام أو هديلها، وتنتقل هذه الصفات من جيل إلى جيل.
كيف بدأ علم الوراثة؟
How Genetics Began?
في عام 1866م نشر مندل ورقة تصف طرائق تبيّن من خلالها النمط الذي اختاره لدراسته، وهو نبات البازلاء؛ حيث يمتاز هذا النبات بسهولة زراعته ونموه وإنتاجه المستمر لأفراد تحمل شكلًا واحدًا من الصفة.
ويتكاثر نبات البازلاء بالتلقيح الذاتي عادة، كما هو الحال في العديد من النباتات الزهرية. يحدث التلقيح الذاتي عندما يتحد مشيج ذكري مع مشيج أنثوي من الزهرة نفسها.
واكتشف مندل إمكانية حدوث التلقيح الخلطي في نبات البازلاء يدويًا، فتمكن من نقل مشيج ذكري، حبة لقاح، من زهرة نبات بازلاء إلى عضو التكاثر المؤنث لزهرة نبات بازلاء آخر.
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 نبات نقية في تجاربه؟
وراثة الصفات
The Inheritance of Traits
لاحظ مندل أن سلالات معينة في نبات البازلاء تنتج أشكالًا محددة من الصفة جيلًا بعد جيل؛ فقد لاحظ مثلًا أن بعض السلالات تنتج بذورًا خضراء دائمًا، وبعضها الآخر ينتج بذورًا صفراء دائمًا.
وليفهم آلية توارث هذه الصفات، أجرى تلقيحًا خلطيًا بين الأزهار. فعندما كانت زهرات نبات بازيلاء أخضر البذور إلى عضو التأنيث في زهرة نبات بازيلاء 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، ورمز إليه بالحرف P.
الجيل الأول والجيل الثاني
F1 and F2 generations
عندما قام مندل بزراعة البذور الناتجة من تلقيح نبات أصفر البذور مع نبات أخضر البذور كانت جميع الأفراد الناتجة صفراء البذور.
وعندما سمح لأفراد النباتات من هذا الجيل بالتلقيح الذاتي F1 بدت صفة البذور الخضراء اختفت في أفراد الجيل الأول، فقرر مندل أن يتحقق من وجود الصفة التي اختفت أو طُمست.
قام مندل بزراعة أفراد من الجيل الأول الأصفر البذور، ولقحها ذاتيًا، ثم فحص البذور الناتجة عن هذا التلقيح، والتي تسمى الجيل الثاني F2، كما في الشكل 8-7.
تجمع مندل البذور فوجد 6022 بذرة صفراء و 2001 بذرة خضراء، وهي نسبة 3:1 تقريبًا من البذور الصفراء إلى الخضراء.
ومن هذه الصفات المختلفة في لون البذرة، ولون الزهرة، وطول القرن، وشكل البذرة، وملمسها، وشكل القرن، وطول الساق، وموقع الزهرة، وجد أن جميع أفراد النباتات الناتجة عن تلقيح الجيل الأول الذي يحمل هذه الصفات تظهر بنسبة 3:1.
الشكل 8-7
يبين الشكل نتائج عملية تلقيح خلطي بين نبات بازيلاء يحمل صفتي البذور الصفراء والخضراء النقية السلالة.
حدد: إذا كانت جميع البذور في أفراد الجيل الأول F1 صفراء اللون؟
بيانات الشكل
- 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، النسبة 3:1.
أزواج الجينات
Genes in pairs
استنتج مندل أنه 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.
وتتميز الأليلات بأنها تسلسلات مختلفة من DNA تحدد صفة محددة في المخلوق الحي.
لذا 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 اسم الصفة السائدة dominant، والتي لم تظهر تأثيرها في أفراد الجيل الأول F1 اسم 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.
مفردات: أصل الكلمة
متماثل الجينات Homozygous
غير متماثل الجينات Heterozygous
الكلمة الأولى مشتقة من الكلمة اليونانية homos وتعني الشيء نفسه، أما الكلمة الثانية مشتقة من hetero وتعني الآخر أو المختلف، وكلمة zygon تعني زوجًا.
مهن مرتبطة مع علم الأحياء
فني مختبر الوراثة
Genetics Laboratory Technician
يساعد فني مختبر الوراثة الباحثين على إجراء التجارب، والمحافظة على سلامة المختبر.
السيادة
Dominance
تبين مندل، عند قيامه بالتلقيح الذاتي لأفراد الجيل الأول، أن نسبة الأفراد الناتجة في الجيل الثاني أخضرت إلى صفراء، ولم يُعبّر عن إظهارها 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.
عند ترميز نموذج وراثة الصفات، يرمز 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 المشابهة لصفة محددة متماثل الجينات؛ يحمل صفتًا YY أو البذور الصفراء المتماثلة الجينات، أو البذور الخضراء yy.
ويطلق على المخلوق الحي الذي يحمل جينين متقابلين مختلفين لهذه الصفة غير متماثل الجينات، وفي هذه الحالة Yy.
وعند وجود الجينات المتقابلة بصورة غير متماثلة تظهر الصفة السائدة.
الطراز الجيني والطراز الشكلي
Genotype and phenotype
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 أزواج الجينات المختلفة 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 بازيلاء طرازه الجيني yy هو البذور الخضراء دائمًا.
قانون انعزال الصفات
Law of segregation
استخدم مندل بذورًا صفراء وخضراء متماثلة الجينات عند تلقيح الآباء.
يبين الجزء العلوي من الشكل 8-8 A أن كل مشيج من نباتات البذور الصفراء يحتوي على Y واحدة؛ لأن عدد الكروموسومات تنصف في أثناء الانقسام المنصف.
لذا فإن الأمشاج الناتجة تحتوي جينًا واحدًا من زوج جينات لون البذور المتقابلة.
أما الجزء السفلي من الشكل 8-8 A فيبين أن كل مشيج من النبات الأخضر البذور يحتوي بجين y واحدًا.
وينص قانون انعزال الصفات law of segregation على أن زوجي الجينات المتقابلة لأي صفة تنفصل في أثناء تكوين الأمشاج المنصفة.
وفي أثناء الإخصاب تتحد الجينات المتقابلة لصفة مرة أخرى.
يبين الشكل 8-8 B اندماج الجينات المتقابلة في الأمشاج لإنتاج الطراز الجيني Yy في أثناء الإخصاب.
وتحمل جميع نبات أفراد الجيل الأول الطراز الجيني Yy، وطرازها الشكلي هو بذور صفراء؛ لأن اللون الأصفر سائد على اللون الأخضر.
وتسمى هذه المخلوقات الحية غير المتماثلة الجينات الهجينة hybrid.
الشكل 8-8
تنفصل الجينات المتقابلة في أثناء تكوين الأمشاج في طرازها الجيني YY و yy، فتنتج الأمشاج تحمل جين Y أو y.
وتتحد هذه الأمشاج عن كلا الأبوين في أثناء الإخصاب.
بيانات الشكل
- بذور بازلاء صفراء YY.
- بذور خضراء yy.
- تضاعف جيني.
- تكوين الأمشاج.
- أمشاج Y.
- أمشاج y.
- إخصاب.
- اللاقحة Yy.
- أفراد الجيل الأول هجينة صفراء البذرة.
التلقيح الأحادي الصفة
Monohybrid cross
يبين الشكل 8-9 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 للنباتين التلقيح الأحادي monohybrid cross.
تنتج النباتات الحاملة للطراز الجيني Yy نوعين من الأمشاج، هما: الأمشاج الذكرية والأمشاج الأنثوية، وكل واحد منهما يحمل الجين Y أو y.
وتتحد هذه الأمشاج عشوائيًا، 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.
وتنتج عن تلقيح أفراد الجيل الأول ثلاثة طرز جينية محتملة هي:
YY, Yy, yy
وبنسب الطرز الجينية:
1:2:1
أما نسبة الطرز الشكلية فهي:
3:1
صفراء البذور إلى خضراء البذور.
الشكل 8-9
في أثناء التلقيح الذاتي لأفراد الجيل الأول F1 يضمن الأمشاج الذكرية والأمشاج الأنثوية عشوائيًا.
بيانات الشكل
- جيل الآباء P: بازلاء صفراء YY × بازلاء خضراء yy.
- مشيج ذكري Y.
- مشيج أنثوي y.
- الجيل الأول F1: بازلاء صفراء Yy.
- تلقيح ذاتي.
- الجيل الثاني F2: YY, Yy, Yy, yy.
- بازلاء صفراء.
- بازلاء خضراء.
التلقيح الثنائي الصفة
Dihybrid cross
بعد أن أثبت مندل نمط وراثة الصفة الواحدة اختبر قانون التوزيع الحر 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، فكانت جميع أفراد الجيل الأول الناتجة YyRr.
ويستطيع أفراد الجيل الأول إنتاج الأمشاج على النحو التالي:
YR, Yr, yR, yr
ويطلق على نبات الجيل الأول الثنائية الصفة هجين؛ لأن جيناتها غير متماثلة لكلتا الصفتين.
قانون التوزيع الحر
Law of independent assortment
قام مندل بتلقيح أفراد الجيل الأول التي تحمل الطراز الجيني YyRr ذاتيًا 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، والذي ينص على أن التوزيع العشوائي للجينات المتقابلة يحدث في أثناء تكون الأمشاج، حيث تتوزع الجينات على الكروموسومات المنفصلة بشكل حر في أثناء الانقسام المنصف.
وكما يبين الشكل 8-10، ينتج عن التوزيع العشوائي للجينات المتقابلة أربعة أمشاج محتملة هي:
YR, Yr, yR, yr
واحتمالات حدوثها متساوية.
الشكل 8-10
يمثل قانون التوزيع الحر في التلقيح الثنائي صفة ويعني أن فرص نشوء الجينات المتقابلة المتساوية للجينات المتقابلة بعضها ببعض.
توقع: ما مستويات الأمشاج المحتملة الناتجة؟
بيانات الشكل
- جينات متقابلة على قطع ثنائية.
- تكوين الأمشاج.
- اتحاد جينية محتملة للأمشاج:
- YR = 1/4
- Yr = 1/4
- yR = 1/4
- yr = 1/4
أمشاج محتملة هي: YR, Yr, yR, yr، واحتمالات حدوثها متساوية.
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 أربعة طرز شكلية مختلفة هي:
- 315 صفراء مستديرة.
- 108 خضراء مستديرة.
- 110 صفراء مجعدة.
- 32 خضراء مجعدة.
ومثلت هذه النتائج نسب الطرز الشكلية التقريبية التالية:
9:3:3:1
ماذا قرأت؟
قوّم كيف يمكن أن تنتج نسبة يمكن توقعها من التوزيع العشوائي للجينات؟
مربع بانيت
Punnett Square
يستعمل مربع بانيت، الذي وضعه الدكتور ريجينالد بانيت في بداية عام 1900م، لتوقع الأبناء المحتملين والنتائج الناتجة عن التلقيح بين طرازين جينيين معروفين للآباء.
ولقد سهل مربع بانيت تتبع الطرز الجينية المحتملة.
مربع بانيت – التلقيح الأحادي الصفة
Punnett Square – monohybrid cross
القدرة على ثني اللسان صفة سائدة، يرمز إليها بالحرف T.
افترض أن كلا الوالدين يستطيع ثني لسانه، وهما غير متماثلي الجينات Tt.
فما الطرز الشكلية المحتملة لأبنائهما؟
تفحص مربع بانيت في الشكل 8-11، يتحدد عدد المربعات بعدد أنواع الجينات المختلفة T أو t التي ينتجها 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 أفقيًا، في حين يكتب المشيج الأنثوي عموديًا. 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 الأخير يوجد الطراز الجيني tt.
لذا فإن نسبة الطرز الجينية المحتملة للأبناء هي:
1:2:1
أما نسبة الطرز الشكلية لصفة القدرة إلى عدم القدرة على ثني اللسان فهي:
3:1
الشكل 8-11
تعد قدرة الشخص على ثني لسانه صفة سائدة. ويلخص مربع بانيت احتمالات ارتباط الجينات الخاصة بصفة ثني اللسان.
بيانات الشكل
- T: القدرة على ثني اللسان.
- t: عدم القدرة على ثني اللسان.
- أنواع الأمشاج.
- الناتج: TT, Tt, Tt, tt.
مربع بانيت – التلقيح الثنائي
Punnett Square – dihybrid cross
تفحص مربع بانيت في الشكل 8-12؛ لاحظ وجود نوعين من الجينات المتقابلة فقط في جيل الأبوين في نبات البازلاء.
عند 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.
فتطابقت بيانات مندل مع النتائج المتوقعة من مربع بانيت.
الشكل 8-12
يوضح التلقيح الثنائي الصفة في مربع بانيت احتمالات ارتباط الجينات المتقابلة لكل واحد من الأبوين في نبات البازلاء.
بيانات الشكل
| الطراز الجيني | الطراز الشكلي | العدد | نسبة الطرز الشكلية |
| ------------- | ------------- | ----: | ------------------ |
| Y_R_ | أصفر مستدير | 315 | 16:9 |
| yyR_ | أخضر مستدير | 108 | 16:3 |
| Y_rr | أصفر مجعد | 101 | 16:3 |
| yyrr | أخضر مجعد | 32 | 16:1 |
الاحتمالات في الوراثة
Probability
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 المرتين.
وقد لا تتطابق 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 لم تكن 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.
التقويم 8-2
الخلاصة
- أول من درس الوراثة العالم جريجور مندل، الذي ألقت 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 الرئيسية
- الفكرة الرئيسية: 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
- قوّم الفوائد التي قدمتها تجارب مندل لعلم الوراثة.
- الرياضيات في علم الأحياء: ما احتمال الحصول على رقم 2 عند رمي النرد؟ وما احتمال الحصول على الرقم 2 عند رمي نردين؟ وكيف تستخدم الاحتمالات في دراسة الوراثة؟
جاري تحضير الدرس المعاد صياغته وبناء الأنماط
نحافظ على المعنى العلمي ونربط كل فقرة بنواتجها ومفاهيمها.
إعادة إنتاج الدرس حسب نمط التعلم
طلب واحد ينتج المسارات البصري والسمعي والحركي والقرائي معًا، بصياغة تراعي سياق المناهج السعودية.
اختر نمط التعلم
تُنتج الأنماط الأربعة دفعة واحدة، ثم تُستدعى الحزمة المحفوظة في الزيارات التالية.