ارتباط الجينات وتعدد المجموعات الكروموسومية

8-3 ارتباط الجينات وتعدد المجموعات الكروموسومية

Gene Linkage and Polyploidy

الفكرة الرئيسة

يعد عبور الجينات المرتبطة مصدرًا للتنوع الوراثي.

الربط مع الحياة

قد تجد أحيانًا مفاجأة من النباتات في الحديقة لا تجدها في الحياة البرية. فمثلًا لا بد أنك قد رأيت أنواعًا مختلفة من الأزهار المتباينة الألوان؛ كالحمراء والوردية والبيضاء. يستعين مهجنو النباتات بمعرفة العلماء بالجينات لتنويع 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

التراكيب الجينية الجديدة

Genetic Recombinations

يطلق على ارتباط الجينات الجديد الناتج عن العبور الجيني والتوزيع الحر اسم التراكيب الجينية الجديدة genetic recombination.

والتراكيب الجينية المحتملة للجينات الناتجة عن التوزيع الحر يمكن حسابها باستخدام المعادلة:

2ⁿ

حيث إن n عدد أزواج الكروموسومات.

يحتوي نبات البازلاء على 7 أزواج من الكروموسومات، لذا فإن التراكيب الجينية المحتملة هي:

2⁷ = 128 تركيبًا

ولما كان في مشيج ذكري يحدث في مشيج أنثوي آخر، فإن عدد التراكيب المحتملة بعد الإخصاب هو:

128 × 128 = 16,384

أما في الإنسان فإن عدد التراكيب المحتملة بعد الإخصاب هو:

2²³ × 2²³

أي أكثر من 70 تريليونًا. وهذا العدد لا يشمل التراكيب الجينية الجديدة الناتجة عن العبور الجيني، سبحان الله.

ارتباط الجينات

Gene linkage

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، قطعة واحدة، في أثناء تكوين الأمشاج.

تفحص الشكل 8-13، ولاحظ أن الجين A وB 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.

الصورة المرتبطة

p01_الكروموسومات_المتماثلة_وشحمة_الأذن.png

الصفحة 217

الصورة المرتبطة

p02_انتقال_الجينات_المرتبطة_في_الانقسام_المنصف.png

الشكل 8-13

تمثل الجينات التي ترتبط على الكروموسوم نفسه بعضها مع بعض إلى الأمشاج.

احسب

عدد التراكيب الجينية المحتملة إذا أصبح الجينان أو ثلاثة من هذه الأزواج معًا.

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.

خرائط الكروموسومات

Chromosome maps

تحدث عملية العبور الجيني في الجينات البعيدة بعضها عن بعض أكثر من الجينات القريبة بعضها من بعض.

ويبين الرسم البياني مسح خريطة الكروموسومات ترتيب الجينات على الكروموسوم، ويمكن رسمها باستخدام بيانات عملية العبور الجيني.

نُشرت أول خريطة كروموسومية عام 1913 باستخدام بيانات من آلاف عمليات التلقيح التي أجريت على ذبابة الفاكهة.

لا نجد على هذه الخريطة المسافات الحقيقية على الكروموسوم، لكنها تمثل المواقع النسبية للجينات.

ويبين الشكل 8-14 أول خريطة كروموسوم لذبابة الفاكهة. لاحظ أنه كلما ازداد تكرار حدوث عملية العبور الجيني أصبحت الجينات أكثر تباعدًا.

الصورة المرتبطة

p02_خريطة_كروموسوم_X_في_ذبابة_الفاكهة.png

الشكل 8-14

أول خريطة كروموسومية للكروموسوم X في ذبابة الفاكهة Drosophila melanogaster في عام 1913م.

الصفحة 218

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 الوحدة بحدوث نسبة عبور مقدارها 1%. والجينات المتباعدة أكثر لها تكرارات أكبر لحدوث عملية العبور الجيني.

تجربة 8-2

خريطة الكروموسومات

سؤال التجربة

أين تقع الجينات على الكروموسوم؟

ترتبط المسافة بين جينين على الكروموسوم بتكرار عملية العبور الجيني بينهما. وبمقارنة بيانات عدة أزواج من الجينات يمكن تحديد الموقع التقديري للجين.

الصورة المرتبطة

p03_تجربة_خريطة_الكروموسومات.png

خطوات العمل

• املأ بطاقة السلامة في دليل التجارب العملية.
• احصل على جدول تكرار عبور أزواج الجينات من معلمك.
• ارسم خطًا على ورقة، وضع عليه علامات تبعد بعضها عن بعض 1 cm لتمثل كل علامة تكرار عبور جيني نسبته 1%.
• عيّن إحدى العلامات لتكون موضع الجين A. أوجد تكرار عملية العبور الجيني بين زوجي الجينات B وA في الجدول الذي يزودك به معلمك، واستخدم هذه البيانات في تحديد المسافة الصحيحة، البعد، بين موضعي B عن A.
• استخدم تكرار عملية العبور الجيني بين زوجي الجينات A وC وزوج الجينات B وC لتستنتج موقع الجين C.
• كرر الخطوتين 4 و5 لكل جين، واضعًا علامة على مواضعها على الخط.

التحليل

• قوّم: هل يمكن معرفة موقع الجين على الكروموسوم إذا استخدمت جينًا واحدًا آخر فقط؟
• قوّم: لماذا يفضل استخدام تكرار عبور جيني أكبر من أجل الحصول على خريطة كروموسومية أكثر دقة؟

الصفحة 219

تعدد المجموعة الكروموسومية

Polyploidy

لمعظم أنواع المخلوقات الحية خلايا ثنائية المجموعة الكروموسومية، وبعضها له خلايا متعددة المجموعة الكروموسومية polyploidy.

وتعدد المجموعة الكروموسومية هو وجود مجموعة إضافية واحدة أو أكثر من الكروموسومات في المخلوق الحي.

فالمخلوق الحي الثلاثي المجموعة الكروموسومية، على سبيل المثال، يرمز إليه بـ 3n، وتحتوي أي مجموعة ثلاثية 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 قاتلًا.

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 8-15 نباتات متعددة المجموعة الكروموسومية، وهي غالبًا تمتاز بالصلابة والحيوية والحجم الكبير.

الصورة المرتبطة

p04_نباتات_متعددة_المجموعة_الكروموسومية_الفراولة_والقهوة.png

الشكل 8-15

العديد من النباتات المتنوعة، ومنها نبات الفراولة والقهوة، متعددة المجموعة الكروموسومية.

التقويم 8-3

الصورة المرتبطة

p04_تقويم_ارتباط_الجينات_وتعدد_المجموعات_الكروموسومية.png

الخلاصة

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

فهم الأفكار الرئيسة

• الفكرة الرئيسة: حلل كيف ترتبط عملية العبور الجيني مع التوزيع الحر؟
• ارسم: افترض أن الجينين D وC مرتبطان على الكروموسوم نفسه، والجينين d وc على كروموسوم آخر. افترض 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 وB وC وD مستخدمًا بيانات العبور الجيني الآتية:

| العلاقة | نسبة العبور الجيني |
| ---------- | -----------------: |
| من A إلى D | 25% |
| من A إلى B | 30% |
| من C إلى D | 15% |
| من B إلى D | 5% |
| من B إلى C | 20% |

• قوّم: ما المزايا التي يوفرها تعدد المجموعة الكروموسومية للمزارعين؟
• الكتابة في علم الأحياء: اكتب قصة تصف فيها مجتمعًا يخلو سكانه من التنوع الوراثي.