انتقال صفات از نسلی به نسل دیگر به دلیل تعامل بین ژن های مختلف است. ژن چیست و انواع برهمکنش بین آنها چیست؟
ژن چیست؟
در ژن در حال حاضر به معنای واحد انتقال اطلاعات ارثی است. ژن ها در DNA قرار دارند و بخش های ساختاری آن را تشکیل می دهند. هر ژن مسئول سنتز یک مولکول پروتئین خاص است که تظاهرات یک صفت خاص را در انسان تعیین می کند.
هر ژن چندین زیرگونه یا آلل دارد که باعث ایجاد صفات مختلفی می شود (مثلاً چشمان قهوه ای به دلیل آلل غالب ژن است در حالی که آبی یک صفت مغلوب است). آلل ها در همان نواحی کروموزوم های همولوگ قرار دارند و انتقال یک یا آن کروموزوم باعث تجلی یک یا آن صفت می شود.
همه ژن ها با یکدیگر تعامل دارند. انواع مختلفی از تعامل آنها وجود دارد - آللی و غیر آللی. بر این اساس، تعاملژن های آللی و غیر آللی چه تفاوتی با یکدیگر دارند و چگونه خود را نشان می دهند؟
تاریخچه کشف
قبل از کشف انواع برهمکنش ژنهای غیر آللی، عموماً پذیرفته شده بود که فقط تسلط کامل امکان پذیر است (اگر ژن غالب وجود داشته باشد، صفت ظاهر می شود، اگر وجود نداشته باشد، وجود خواهد داشت. هیچ صفتی نباشد). دکترین تعامل آللی که برای مدت طولانی جزم اصلی ژنتیک بود، غالب شد. تسلط به طور گسترده مورد بررسی قرار گرفته و انواعی مانند تسلط کامل و ناقص، تسلط مشترک و تسلط بیش از حد کشف شده است.
همه این اصول تابع قانون اول مندل بود که یکنواختی هیبریدهای نسل اول را بیان می کرد.
پس از مشاهدات و تحقیقات بیشتر، متوجه شد که همه علائم با نظریه تسلط سازگاری ندارند. با یک مطالعه عمیق تر، ثابت شد که نه تنها ژن های یکسان بر تجلی یک صفت یا گروهی از خواص تأثیر می گذارند. بنابراین، اشکال برهمکنش ژن های غیر آللی کشف شد.
واکنش بین ژنها
همانطور که گفته شد، برای مدت طولانی دکترین وراثت غالب حاکم بود. در این مورد، یک برهمکنش آللی اتفاق افتاد که در آن صفت فقط در حالت هتروزیگوت ظاهر شد. پس از کشف اشکال مختلف برهمکنش ژنهای غیرآللی، دانشمندان توانستند انواع وراثت را توضیح دهند که تاکنون توضیح داده نشده بود و پاسخ بسیاری از سوالات را دریافت کردند.
مشخص شد که تنظیم ژن به طور مستقیم به آنزیم ها وابسته است. این آنزیم‌ها به ژنها اجازه می‌دهند تا واکنش‌های متفاوتی نشان دهند. در عین حال، تعامل ژن های آللی و غیر آللی بر اساس اصول و الگوهای یکسان پیش می رفت. این منجر به این نتیجه شد که وراثت به شرایطی که در آن ژن ها برهمکنش دارند بستگی ندارد و دلیل انتقال غیر معمول صفات در خود ژن ها نهفته است.
برهمکنش غیر آللی منحصر به فرد است، که به دست آوردن ترکیبات جدیدی از صفات که درجه جدیدی از بقا و رشد موجودات را تعیین می کند، ممکن می سازد.
ژن های غیر آللی
غیر آللی ژن هایی هستند که در قسمت های مختلف کروموزوم های غیر همولوگ قرار دارند. آنها یک عملکرد سنتز دارند، اما تشکیل پروتئین های مختلفی را رمزگذاری می کنند که باعث ایجاد علائم مختلف می شوند. چنین ژن هایی که با یکدیگر واکنش نشان می دهند، می توانند باعث ایجاد صفات در چندین ترکیب شوند:
- یک ویژگی به دلیل تعامل چندین ژن کاملاً متفاوت خواهد بود.
- صفات چندگانه به یک ژن بستگی دارد.
واکنش‌های بین این ژنها تا حدودی پیچیده‌تر از برهمکنش آللی است. با این حال، هر یک از این نوع واکنش ها ویژگی ها و ویژگی های خاص خود را دارند.
انواع برهمکنش ژن های غیر آللی چیست؟
- Epistasis.
- Polymeria.
- مکملیت.
- عمل ژن های اصلاح کننده.
- برهم کنش پلیوتروپیک.
همهاز این نوع تعاملات ویژگی های منحصر به فرد خود را دارد و خود را به شیوه خود نشان می دهد.
باید در مورد هر یک از آنها با جزئیات بیشتر صحبت کنیم.
Epistasis
این برهمکنش ژنهای غیر آللی - اپیستاز - زمانی مشاهده می‌شود که یک ژن فعالیت ژن دیگر را سرکوب کند (ژن سرکوب‌کننده را اپیستاتیک و ژن سرکوب‌شده را ژن هیپوستاتیک می‌نامند).
واکنش بین این ژن ها می تواند غالب یا مغلوب باشد. اپیستاز غالب زمانی مشاهده می شود که ژن اپیستاتیک (معمولاً با حرف I نشان داده می شود، اگر تظاهرات بیرونی و فنوتیپی نداشته باشد) ژن هیپوستاتیک را سرکوب می کند (معمولاً B یا b نشان داده می شود). اپیستاز مغلوب زمانی اتفاق می‌افتد که آلل مغلوب ژن اپیستاتیک، بیان هر یک از آلل‌های ژن هیپوستاتیک را مهار کند.
تقسیم بر اساس صفت فنوتیپی، با هر یک از این نوع برهمکنش ها نیز متفاوت است. با اپیستازیس غالب، تصویر زیر بیشتر مشاهده می شود: در نسل دوم، با توجه به فنوتیپ ها، تقسیم به شرح زیر خواهد بود - 13:3، 7:6:3 یا 12:3:1. همه چیز بستگی به این دارد که کدام ژن همگرا شوند.
با اپیستازیس مغلوب، تقسیم به این صورت است: 9:3:4، 9:7، 13:3.
مکمل
برهمکنش ژنهای غیر آللی که در آن، با ترکیب آلل‌های غالب چند صفت، یک فنوتیپ جدید و تا به حال دیده نشده تشکیل می‌شود و مکمل نامیده می‌شود.
به عنوان مثال، این نوع واکنش بین ژن ها در گیاهان (به ویژه کدو تنبل) شایع ترین است.
اگر ژنوتیپ گیاه دارای آلل غالب A یا B باشد، سبزی شکل کروی پیدا می کند. اگر ژنوتیپ مغلوب باشد، شکل جنین معمولاً کشیده است.
اگر دو آلل غالب (A و B) در ژنوتیپ به طور همزمان وجود داشته باشد، کدو حلوایی دیسکی شکل می شود. اگر به تلاقی ادامه دهیم (یعنی این تعامل ژن های غیر آللی را با کدوهای یک خط خالص ادامه دهیم)، در نسل دوم می توانید 9 فرد با شکل دیسکی، 6 با شکل کروی و یک کدو تنبل دراز دریافت کنید.
چنین آمیخته‌سازی به شما امکان می‌دهد تا شکل‌های ترکیبی جدیدی از گیاهان با خواص منحصربه‌فرد به دست آورید.
در انسان این نوع تعامل باعث رشد طبیعی شنوایی می شود (یک ژن برای رشد حلزون گوش و دیگری برای عصب شنوایی) و در حضور تنها یک صفت غالب، ناشنوایی ظاهر می شود.
Polymeria
اغلب تظاهر یک صفت نه بر اساس وجود یک آلل غالب یا مغلوب یک ژن، بلکه بر اساس تعداد آنها است. برهمکنش ژن های غیر آللی - پلیمری - نمونه ای از این تظاهرات است.
عمل پلیمری ژن ها می تواند با اثر تجمعی (انباشته) یا بدون آن ادامه یابد. در طول تجمع، درجه تجلی یک صفت به برهمکنش کلی ژن بستگی دارد (هر چه تعداد ژن ها بیشتر باشد، صفت بارزتر است). فرزندان با اثر مشابه به شرح زیر تقسیم می شوند - 1: 4: 6: 4: 1 (درجه بیان این صفت کاهش می یابد، یعنی در یک فرد این ویژگی حداکثر تلفظ می شود، در دیگران انقراض آن تا ناپدید شدن کامل مشاهده می شود.)
اگر هیچ اقدام تجمعی مشاهده نشد، پستجلی یک صفت به آلل های غالب بستگی دارد. اگر حداقل یک چنین آللی وجود داشته باشد، این صفت انجام می شود. با اثری مشابه، تقسیم در فرزندان به نسبت 15:1 انجام می شود.
عمل ژن های اصلاح کننده
برهمکنش ژنهای غیر آللی که با عملکرد اصلاح‌کننده‌ها کنترل می‌شود، نسبتاً نادر است. نمونه ای از چنین تعاملی به شرح زیر است:
- برای مثال، یک ژن D وجود دارد که مسئول شدت رنگ است. در حالت غالب، این ژن ظاهر رنگ را تنظیم می کند، در حالی که در شکل گیری ژنوتیپ مغلوب برای این ژن، حتی اگر ژن های دیگری وجود داشته باشند که مستقیماً رنگ را کنترل می کنند، "اثر رقیق شدن رنگ" ظاهر می شود که اغلب در آن مشاهده می شود. موش های سفید شیری.
- نمونه دیگری از چنین واکنشی ظاهر شدن لکه بر روی بدن حیوانات است. به عنوان مثال، ژن F وجود دارد که عملکرد اصلی آن یکنواختی رنگ پشم است. با تشکیل یک ژنوتیپ مغلوب، پوشش به طور غیریکنواخت رنگ می شود، به عنوان مثال، لکه های سفید در یک ناحیه از بدن ظاهر می شود.
چنین تعامل ژنهای غیر آللی در انسان بسیار نادر است.
پلیوتروپی
در این نوع تعامل، یک ژن بیان ژن دیگر را تنظیم می کند یا بر میزان بیان ژن دیگر تأثیر می گذارد.
در حیوانات، پلیوتروپی به صورت زیر ظاهر می شود:
- در موش ها، کوتولگی نمونه ای از پلیوتروپی است. مشاهده شده است که هنگام عبور از موش های فنوتیپی طبیعی دردر نسل اول همه موش ها کوتوله بودند. نتیجه گیری شد که کوتولگی ناشی از یک ژن مغلوب است. رشد هموزیگوت های مغلوب متوقف شد، اندام های داخلی و غدد آنها توسعه نیافته بودند. این ژن کوتولگی بر رشد غده هیپوفیز در موش ها تأثیر گذاشت که منجر به کاهش سنتز هورمون شد و تمام عواقب را به همراه داشت.
- رنگ پلاتین در روباه. پلئوتروپی در این مورد توسط یک ژن کشنده آشکار شد که با تشکیل هموزیگوت غالب، باعث مرگ جنین شد.
- در انسان، یک تعامل پلیوتروپیک در فنیل کتونوری و همچنین سندرم مارفان نشان داده شده است.
نقش برهمکنش های غیر آللی
از نظر تکاملی، همه انواع برهمکنش ژن های غیر آللی در بالا نقش مهمی دارند. ترکیبات جدید ژن باعث ظهور ویژگی ها و ویژگی های جدید موجودات زنده می شود. در برخی موارد، این علائم به بقای ارگانیسم کمک می کند، در برخی دیگر، برعکس، باعث مرگ افرادی می شود که به طور قابل توجهی از گونه خود متمایز می شوند.
برهمکنش غیر آللی ژن ها به طور گسترده در ژنتیک اصلاحی استفاده می شود. برخی از گونه های موجودات زنده به دلیل چنین نوترکیبی ژنی حفظ می شوند. گونه های دیگر دارای خواصی هستند که در دنیای مدرن بسیار ارزشمند است (به عنوان مثال، پرورش نژاد جدیدی از حیوانات با استقامت و قدرت بدنی بیشتر از والدین خود).
کار بر روی استفاده از این نوع ارث در انسان در حال انجام است.حذف صفات منفی از ژنوم انسان و ایجاد یک ژنوتیپ جدید و بدون نقص.
