الوراثة بعد مندل

الوراثة بعد مندل
 I n h e r i t a n c e  a f t e r  M e n d e l

 

وراثة الصفات غير المندلية

- تختلف نسب الصفات الوراثية الناتجة من بعض عمليات التزاوج عن تلك التي توصَّل إليها مندل، ومن أسباب ذلك:

 1) عدد الجينات المسؤولة عن الصفة.

 2) وتأثير الأليلات بعضها في بعض.

 3)ونوع الكروموسومات التي تحمل جينات صفة مُعيَّنة.

 

السيادة المُشتركة 

ما المقصود بالسيادة المشتركة؟

- نمط من الوراثة يُعبَّر فيه عن الأليلين معًا في حال كان الطراز الجيني غير مُتماثِل الأليلات؛ إذ يظهر تأثير كلٍّ منهما في الطراز الشكلي على نحوٍ مستقل عن الآخر.

-  من الأمثلة على هذا النمط: وراثة لون الأزهار في نبات الكاميليا؛ إذ يظهر تأثير أليل لون الأزهار الأبيض (C^W) وأليل لون الأزهار الأحمر (C^R) عند اجتماعهما معًا، فتكون الزهرة الواحدة بيضاء، ومُوشَّحة باللون الأحمر.

- وعند تلقيح نباتي كاميليا، كلاهما أزهاره بيضاء، ومُوشَّحة باللون الأحمر، فإنَّ الصفات والنسب لأفراد الجيل الناتج تكون على النحو الآتي:

1 نباتات حمراء الأزهار : 2 نباتات الزهرة فيها بيضاء، ومُوشَّحة بالأحمر : 1 نباتات بيضاء الأزهار، أنظر مربع بانيت التالي.

- من الأمثلة أيضًا على هذا النمط: وراثة فصيلة الدم تبعًا لنظام MN.

- يتحكَّم في هذه الصفة أليلان يُحمَلان على الكروموسوم 4، وهما: الأليل (L^M)، والأليل (L^N)، انظر مربع بانيت الآتي.

- ويكون الأليل (L^M) مسؤول عن إنتاج بروتين سُكَّري يُسمّى مُولِّد الضد M، في حين يكون الأليل (L^N) مسؤولا عن إنتاج

بروتين سُكَّري يُسمّى مُولِّد الضد N.

- تُُحدَّد فصيلة الدم وَفق هذا النظام اعتمادًا على نوع مُولِّد الضد الموجود على سطح خلايا الدم الحمراء؛ فإذا كان مُولِّد الضد هو M فقط، فإنَّ فصيلة الدم هي M، وإذا كان مُولِّد الضد هو N فقط، فإنَّ فصيلة الدم هي N، وإذا وُجِد الاثنان معًا، فإنَّ فصيلة الدم هي MN.
 

الربط بعلم الدم Haematology - توجد أنظمة عِدَّة لتحديد فصائل الدم، مثل: نظام لويس، ونظام MN. والنظامان الشائعان من هذه الأنظمة هما: نظام ABO، والعامل الريزيسي. وكلا النظامن مُهِمٌّ في عمليات نقل الدم. -في بعض الأنظمة، ومنها نظام ABO، توجد مُولِّدات الضد التي تُحدِّد فصيلة الدم على سطوح خلايا الدم الحمراء.

 

 

الأليلات المُتعدِّدة 

- وَفقًا لنظام ABO، تُعَدُّ وراثة فصائل
الدم مثالا على نمط وراثة الأليلات المُتعدِّدة.

- والأليلات المُتعدِّدة هي وجود أكثر من  أليلين للجين الواحد.

- فصائل الدم تتحدَّد وَفق نظام ABO تبعًا لنوع مُولِّد الضد على سطح خلايا الدم الحمراء.

- يُرمَز إلى الأليلات المسؤولة عن وراثة فصائل
الدم وَفق هذا النظام كما يأتي: I^A،I^B،i.

- ويكون الأليل I^A مسؤولا عن إنتاج مُولِّد الضد A، ويكون الأليل I^B مسؤولا عن إنتاج مُولِّد الضد B.أمّا الأليل i فغير مسؤول عن إنتاج أيٍّ منهما.

تحتوي خلية الفرد الجسمية على أليلين فقط من هذه الأليلات، أحدهما من الأُمِّ، والآخر من الأب.

- لتعرُّف الطرز الجينية والطرز الشكلية لفصائل الدم وَفق نظام ABO. انظر الشكل الآتي.

سؤال: أدوّن فصيلة الدم التي يكون طرازها الجيني متماثل الأليلات دائما.

- فصيلة الدم ii) O)

أتحقَّق: أوضح المقصود بالجين متعدد الأليلات.

- الأليلات المُتعدِّدة هي وجود أكثر من شكلين (أليليِن) للجين الواحد.

ولتتبُّع وراثة صفة فصائل الدم لإحدى العائلات، أنظر الشكل الآتي.

أُلاحِظ من الشكل أعلاه :

1) أنَّ عدد الأليلات لصفة فصيلة الدم في كل جاميت هو أليل واحد.

2) وأنَّ السيادة بين الأليل I والأليل i هي سيادة تامّة.

3) في حين أنَّ السيادة بين الأليل I^A والأليل I^B هي سيادة مُشترَكة.

4) أُلاحِظ من الشكل أعلاه أنَّ نسب فصائل الدم لأفراد الجيل الأوَّل هي:
A: 50%
B: 25%
AB: 25%

- يُمكِن أيضًا التعبير عن وراثة فصائل الدم وَفق نظام ABO باستخدام سجل النسب، انظر الشكل الآتي.

- أستنتج الطراز الجيني للفرد الذي يحمل الرقم (2) والفرد الذي يحمل الرقم (4).

-  ذكر (2)I^Ai (4) - I^Bi ذكر

- أُفسّر سبب ظهور فصيلة الدم O لدى الفرد الذي يحمل الرقم (10).

- لأن فصيلة الدم للأب رقم(3) O وطرازه الجيني (ii) فيورث للفرد رقم (10) (الأليل i)، أما الأب الآخر رقم (4) A وطرازه الجيني (I^Ai) فيورث ( الأليل i) للفرد رقم (10) فتظهر أنثى (ii) .

- أتوقَّع الطرز الشكلية المُحتمَلة للفرد الذي يحمل الرقم (11) و الطرز الشكلية المحتملة للفرد الذي يحمل الرقم (12).

- رقم (11) A أو AB - رقم (12) A أو O.

 

مثال تزوَّج شاب فصيلة دمه A بفتاة فصيلة دمها B، فأنجبا طفلين، فصيلة دم أحدهما B، وفصيلة دم الآخر A. أستنتج الطرز الجينية للشاب والفتاة. المعطيات: فصيلة دم الشاب A، فصيلة دم الفتاة B، فصيلة دم أحد الطفلين A، فصيلة دم الطفل الآخر B. المطلوب: استنتاج الطرز الجينية للشاب والفتاة. الحل: - فصيلة دم الشاب هي A، والطراز الجيني لفصيلة الدم A هو IAIA، أو IAi ولأنَّ فصيلة دم أحد أبنائه هي B؛ فأستنتج أنَّ الطراز الجيني للشاب هو غير مُتماثِل الأليلات (IAi)؛ فلو كان الشاب مُتماثِل الأليلات لورَّث أبناءه الأليل IA. ولكانت فصيلة الدم المُحتمَلة بين الأبناء إمّا A، وإما AB فقط. ولكن فصيلة دم أحد الأبناء هي B. - فصيلة دم الفتاة هي B، والطراز الجيني لفصيلة الدم B هو IBIB ، أو IBi. ولأنَّ فصيلة دم أحد أبنائها هي A؛ فأستنتج أنَّ الطراز الجيني للفتاة هو غير مُتماثِل الأليلات (IBi).

الوراثة مُتعدِّدة الجينات 

ما المقصود بالوراثة متعددة الجينات؟

- الوراثة متعددة الجينات نمط من الوراثة غير المندلية، وفيه يتحكَّم أكثر من جين في الصفة الوراثية، وتكون الطرز الشكلية لهذه الصفة مُتدرِّجة بين الأفراد بسبب تراكم تأثير الجينات التي تتحكَّم فيها.

- ومن أمثلة هذا النمط وراثة لون الجلد في الإنسان، أنظر الشكل الآتي.

 

* لتوضيح توارث صفة لون الجلد، أفترض أنَّ ثلاثة جينات هي التي تتحكَّم في هذه الصفة، بالرغم من أنَّ عدد الجينات لهذه الصفة هو أكثر من ذلك، وأنَّ الرموز: A,B,C تُمثِّل أليلات اللون الغامق، وأنَّ الرموز: a,b,c تُمثِّل أليلات اللون الفاتح.

- وبحسب هذا الافتراض، فإنَّ الطراز الجيني للون الجلد الغامق جدًّا هو AABBCC، والطراز الجيني للون الجلد الفاتح جدًّا هو aabbcc.

- أمّا اللون المُتوسِّط للجلد فطرازه الجيني هو AaBbCc، و AABbcc ، والطرز الجينية الأُخرى التي تساويهما في عدد الأليلات السائدة؛ لأنَّ تأثير الأليل A مساوٍ لتأثير الأليل B، ومساوٍ لتأثير الأليل C.

- ينتج الطراز الشكلي للون الجلد من تراكم تأثير الأليلات السائدة؛ فكلَّما كان عدد الأليلات السائدة أكثر كانت درجة اللون أغمق.

- لتتبُّع وراثة صفة لون الجلد، وتعرُّف الطرز الجينية المُتوقَّعة، وتدرُّج الطرز الشكلية الناتجة من تزاوج فردين، كلاهما مُتوسِّط لون البشرة (AaBbCc)، أنظر الشكل الآتي،  الذي تُمثِّل فيه الدائرة البيضاء أليلا مُتنحِّيًا، وتُمثِّل فيه الدائرة السوداء أليلا سائدًا، مُلاحِظًا التدرُّجات السبعة للون البشرة في الأفراد الناتجين.

أستنتج احتمال إنجاب فرد طرازه الجيني AABBCC.

- $\frac{\mathbf{1}}{\mathbf{64}}$

أتحقَّق:
أ- أكتب طرازًا جينيًّا تأثيره نفس تأثير الطراز الجيني AaBBCc.

ب- ما الطراز الجيني لأغمق لون للبشرة قد يظهر على جلد أبناء عائلةٍ، يكون فيها لأب والأُمِّ الطراز الجيني AAbbCc نفسه؟

أ- AABBcc  أو AABbCc أو AAbbCC أو aaBBCC او AaBbCC.

ب- AAbbCC.

 

الربط بالدين الإسلام والجينات المُتعدِّدة يتعيَّن على الإنسان التفكُّر في الآيات الدالَّة على قدرة الله تعالى، مثل اختلاف الأفراد بعضهم عن بعض في لون الجلد. وهي صفة وراثية متعددة الجينات. قال تعالى: ﴿ وَمِنْ آيَاتِهِ خَلْقُ السَّمَاوَاتِ وَالْأَرْضِ وَاخْتِلَافُ أَلْسِنَتِكُمْ وَأَلْوَانِكُمْ ۚ إِنَّ فِي ذَٰلِكَ لَآيَاتٍ لِّلْعَالِمِينَ﴾      سورة الروم، الآية 22.

 

الوراثة والجنس 

تحديد الجنس 

- يتحدَّد الجنس في الإنسان وَفق نظام X ,Y ؛ نظرًا إلى وجود نوعين من الكروموسومات الجنسية في الإنسان: الكروموسوم X، والكروموسوم Y.

- فإذا وَرِثَ الفرد الكروموسومان الجنسيان X و X، كان جنس المولود أنثى، طرازها الكروموسومي الجنسي XX.

- وإذا وَرِثَ الفرد الكروموسوم الجنسي X من أُمِّه، والكروموسوم الجنسي Y من أبيه، كان جنس المولود ذكرًا، طرازه الكروموسومي الجنسي XY ، أنظر الشكل الآتي.

 

- وهذا يختلف عن تحديد الجنس في كائنات حيَّة أُخرى غير الإنسان. ففي الطيور مثلا، يكون الطراز الكروموسومي الجنسي مُتماثِلا عند الذكر، وغير مُتماثِل عند الأنثى.

- لبعض الجينات دور في تحديد جنس الجنين في الإنسان، مثل جين (SRY) الذي يُحمَل على الكروموسوم الجنسي Y ؛ إذ إنَّه يُؤثِّر في تمايز الخصية في أثناء تطوُّر الجنين.

 

أتحقَّق: أُدوِّن الطراز الكروموسومي الجنسي لذكر الإنسان.

- ذكر الإنسان (XY).

 

الصفات المُرتبِطة بالجنس 

ما المقصود بالصفات المُرتبِطة بالجنس؟

- الصفات المُرتبِطة بالجنس  صفات تُحمَل جيناتها على الكروموسومات الجنسية.

- فمثلا، الجينات المحمولة على الكروموسوم الجنسي X هي جينات مُرتبِطة بالكروموسوم الجنسي X ، والجينات المحمولة على الكروموسوم الجنسي Y هي جينات مُرتبِطة بالكروموسوم الجنسي Y.

- عدد الجينات المحمولة على الكروموسوم X يزيد على عدد الجينات المحمولة على الكروموسوم Y في الإنسان.

أفكّر: أتوقَّع: أيُّ الجنسين في الطيور تحتوي خلاياه الجسمية على عدد أكثر من الجينات؟ أُبرِّر إجابتي.

- الذكر، لأن طرازه الجيني (XX)، والكروموسوم الجنسي (X) يحوي عدد أكبر من الجينات.

 

الأمثلة على الصفات المرتبطة بالجنس:

1) لون العينين في حشرة ذبابة الفاكهة
درس العالِِم توماس مورغان توارث صفة لون العينين في حشرة ذبابة الفاكهة أنظر الشكل الآتي.

- زاوج مورغان بين ذكر ذبابة فاكهة أبيض العينين وأنثى حمراء العينين، فكان كل فرد ناتج أحمر العينين.

- استنتج مورغان من ذلك أنَّ صفة اللون الأبيض للعينين مُتنحِّية.

- ثم عمل على تلقيح ذكر وأنثى من أفراد الجيل الأوَّل، فظهرت صفة اللون الأبيض للعينين بنسبة % 25، وصفة اللون الأحمر للعينين بنسبة % 75.

- لكنَّه لاحظ أنَّ أعين جميع الإناث حمراء، وأنَّ أعين نصف الذكور بيضاء، وأنَّ أعين نصفهم الآخر حمراء، فاستنتج أنَّ صفة لون العينين في ذبابة الفاكهة مُرتبِطة بالجنس، وأنَّها تُحمَل على الكروموسوم الجنسي X وأنَّه لا يوجد أليل لهذه الصفة على الكروموسوم Y، أنظر الشكل الآتي.

 

2) مرض ضمور العضلات الشديد (دوشين)

- من الأمثلة على الصفات المُتنحِّية المُرتبِطة بالكروموسوم الجنسي X عند الإنسان: الإصابة بمرض الضمور الشديد للعضلات (دوشين) الناتج من غياب بروتين يُسمّى ديستروفين.

3) الإصابة بمرض نزف الدم 

- الإصابة بمرض نزف الدم  الذي يستمر فيه نزيف الجروح لدى الشخص المصاب مدَّة أطول من المُعدَّل الطبيعي، نتيجةً لحدوث خللٍ في عملية تخثُّر الدم.

4) والإصابة بمرض عمى الألوان

-  والإصابة بمرض عمى الألوان الذي من أعراضه عدم التمييز بين لونين مختلفين، مثل: عدم التمييز بين اللون الأحمر واللون الأخضر.

- يوجد فحص خاص للكشف عن الإصابة بمرض عمى الألوان، أنظر الشكل الآتي الذي يُمثِّل بعض الشرائح المُستخدَمة في اختبار الكشف عن مرض عمى الألوان.

- يُورِّث الأب الجينات المُرتبِطة بالجنس والمحمولة على الكروموسوم الجنسي X إلى بناته من دون أبنائه.إذ يُورِّث الأب لأبنائه الذكور الكروموسوم الجنسي Y.

- في حين تُورِّث الأُمُّ الجينات المُرتبِطة بالجنس إلى الإناث والذكور من أبنائها؛ لأنَّها تُورِّثهم جميعًا الكروموسوم الجنسي X.

- وفي حال كانت الصفة المُرتبِطة بالكروموسوم الجنسي X مُتنحِّية، فإنَّ أليلا واحدًا لدى الذكر يكفي لظهور الصفة، في حين يَلزم توافر أليلين مُتنحِّيين عند الأنثى لظهورها، وهذا يُفسِّر سبب ظهور الإصابة في الذكور أكثر منها في الإناث.

- من الأمثلة الأُخرى على الأمراض التي تُحمَل أليلاتها على الكروموسومات الجنسية،مرض نزف الدم؛ إذ يسود أليل عدم الإصابة بمرض نزف الدم H على أليل الإصابة h. ولتعرُّف الطرز الجينية والطرز الشكلية لهذه الصفة، أنظر الجدول الآتي.

أفكّر: أُفسّر: يخضع الشخص لفحص عمى الألوان عند تقدُّمه بطلب للحصول على رخصة قيادة السيّارة.

- للتأكد من قدرته على التميز  بين اللونين الأحمر والأخضر  لأهمية ذلك عند المرور بإشارة المرور.

أتحقَّق: ما المقصود بالصفة المُرتبِطة بالجنس؟

- صفات تُحمَل جيناتها على الكروموسومات الجنسية.

مثال يسود أليل عدم الإصابة بمرض نزف الدم H على أليل الإصابة به h. مُعتمِدًا الشكل المجاور الذي يُمثِّل سجل النسب، أُجيب عن الأسئلة الآتية: أ- أستنتج الطرز الجينية للأفراد الذين يحملون الأرقام:(1)، و(2)، و(3). ب- أستنتج الطراز الجيني للأنثى التي تحمل الرقم (6)، مُفترِضًا أنَّ الطراز الجيني للأنثى التي تحمل الرقم (4) هو XHXh. ج- أُفسِّر سبب إصابة الأنثى التي تحمل الرقم (5) والذكر الذي يحمل الرقم (7) بمرض نزف الدم. المعطيات: صفة الإصابة بمرض نزف الدم مُرتبِطة بالجنس، سجل النسب.

الحل: أ- الأنثى التي تحمل الرقم (1) غير مصابة، وطرازها الجيني قد يكون XHXH ، أو XHXh ، والذكر الذي يحمل الرقم (3) ابن الأنثى التي تحمل الرقم (1)، وهو مصاب، وطرازه الجيني XhY ، وقد وَرِثَ الكروموسوم Y من أبيه، والكروموسوم Xh من أُمِّه. إذن، أستنتج أنَّ الطراز الجيني للأنثى التي تحمل الرقم (1) هو XHXh ، وأنَّ الطراز الجيني للذكر الذي يحمل الرقم (2) هو XHY ؛ لأنَّه غير مصاب، في حين أنَّ الطراز الجيني للذكر الذي يحمل الرقم (3) هو XhY ؛ لأنَّه مصاب. ب- الأنثى التي تحمل الرقم (6) غير مصابة، وطرازها الجيني قد يكون XHXH ، أو XHXh ، وهي وَرِثَت الكروموسوم XH من أبيها؛ لأنَّه غير مصاب، ولأنَّ طرازه الجيني هو XHY ، وقد تَرِثُ من أُمِّها التي تحمل الرقم (4) الكروموسوم XH ، أو الكروموسوم Xh . إذن، أستنتج وجود احتمالين للطراز الجيني للأنثى التي تحمل الرقم (6) هما: XHXH ، أو  XHXh. ج- الأنثى التي تحمل الرقم (5) مصابة؛ لأنَّها وَرِثَت الكروموسوم Xh من أبيها الذي طرازه الجيني هو ،XhY ووَرِثَت من أُمِّها الكروموسوم Xh ؛ ما يعني أنَّ أُمَّها غير مصابة، وأنَّها تحمل أليل المرض. أمّا الذكر الذي يحمل الرقم (7) فمصاب، وطرازه الجيني هو XhY ، وقد وَرِثَ الكروموسوم Y من أبيه، ووَرِثَ الكروموسوم Xh من أُمِّه؛ ما يعني أنَّ أُمَّه غير مصابة، وأنَّها تحمل أليل المرض الذي وَرِثَته من أُمِّها التي تحمل الرقم (1).

 

- لتتبُّع توارث صفة عمى الألوان في عائلات مختلفة، أنظر سجل النسب في الشكل الآتي.

أُفسّر سبب إصابة الأبناء الذكور من العائلة (أ) بالمرض.

- لأن الذكر ينتقل إليه من أبيه الكروموسوم (Y) ومن أمه الكروموسوم (X) بما يحمله من أليلات،
والأم في هذه العائلة مُصابة وطرازها الجيني (X^bX^b) وينتقل لجميع أبنائها الذكور الكروموسوم (X^b).

أتوقَّع الطرز الجينية للأفراد الذين يحملون الأرقام (1- 4) من العائلة (هـ).

- (1) - X^bY

- (2) - X^BY

- (3) - X^bX^b

^{- (4) -} X^BX^b

 

الجينات المُرتبِطة

ما المقصود بالجينات المرتبطة؟

- يحمل الكروموسوم الواحد جينات كثيرة؛ لأنَّ عدد الكروموسومات في الخلية الواحدة أقل من عدد الجينات فيها. وتُتوارَث الجينات القريبة من بعضها، والمحمولة على الكروموسوم نفسه، بوصفها وحدة واحدة، في ما يُعرَف بالجينات المُرتبِطة.

- ومن أمثلتها جينات صفتي لون الجسم وحجم الأجنحة في حشرة ذبابة الفاكهة. 

 

العالم توماس مورغان ودراسة توارث صفتي لون الجسم وحجم الأجنحة في ذبابة الفاكهة:

- درس العالِِم توماس مورغان توارث صفتي لون الجسم وحجم الأجنحة في حشرة ذبابة الفاكهة، وتوصَّل إلى أنَّ أليل لون الجسم الرمادي G يسود على أليل لون الجسم الأسود g، وأنَّ أليل الأجنحة الطبيعية T يسود على أليل الأجنحة الضامرة t. 

- أجرى مورغان تجربةً، زاوج فيها بين ذكور ذبابة فاكهة، أجسامهم سوداء، وأجنحتهم ضامرة، وطرازهم الجيني هو ttgg ، وإناث ذبابة فاكهة، أجسامها رمادية، وأجنحتها طبيعية، وهي مُتماثِلة الأليلات للصفتين، وطرازها الجيني هو TTGG . وقد لاحظ مورغان أنَّ جميع أفراد الجيل الأوَّل الناتج من عملية التزاوج يمتازون بأجسام رمادية، وأجنحة طبيعية، وأنَّهم غير مُتماثِلي الأليلات للصفتين، وطرازهم الجيني هو TtGg .

- بعد ذلك زاوج بين إناثٍ من أفراد الجيل الأوَّل وذكورٍ أجسامهم سوداء، وأجنحتهم ضامرة.

- لتعرُّف الطرز الجينية والطرز الشكلية الناتجة من هذا التزاوج، أنظر الشكل الآتي، أُلاحِظ أن نسب الطرز الشكلية لصفتي لون الجسم وحجم الأجنحة الناتجة، تختلف عن تلك المُتوقعة في حال توارث هاتين الصفتين بحسب قانون التوزيع الحر.

نتائج تجربة مورغان الخاصة بدراسة توارث صفتي حجم الجناح ولون الجسم في حشرة ذبابة الفاكهة.

أُحدِّد جاميتات أبوي الجيل الثاني الناتجة من عملية العبور الجيني.

- (Tg) ، (tG).

استنتاج مورغان:

- استنتج مورغان من هذه التجربة أنَّ صفتي لون الجسم وحجم الأجنحة مُرتبِطتان، وأنَّهما تُورَّثان معًا بوصفهما وحدة واحدة؛ لأنَّ معظم الأفراد الناتجين يُشبِهون آباءهم في هاتين الصفتين.

- استنتج مورغان أيضًا أنَّ نسبة الأفراد الذين لا يُشبِهون آباءهم قليلة في هذه التجربة؛ نظرًا إلى وجود آليَّة تكسر هذا الارتباط، تُسمّى عملية العبور الجيني.

الدليل:

- ولو كانت صفتا لون الجسم وحجم الأجنحة تُورَّثان بحسب قانون التوزيع الحر لكانت نسبة الأفراد الذين يُشبِهون آباءهم % 50 من الأفراد الناتجين.

أتحقَّق: ما المقصود بالجينات المُرتبِطة؟

- جينات بعضها قريب من بعض، وهي تُحمَل عى الكروموسوم نفسه، وتُورَّث بوصفها وحدة واحدة، ومن أمثلتها جينات صفتي لون الجسم وحجم الأجنحة في ذبابة الفاكهة.
 

مثال يكون حجم الجناح في حشرة ذبابة الفاكهة طبيعيًّا أو ضامرًا، ويكون لون الجسم رماديًّا أو أسودَ. زاوج باحث بين إناثٍ من هذه الحشرة، أجنحتها طبيعية، ولون أجسامها رمادي، وهي غير مُتماثِلة الأليلات للصفتين، وذكورٍ منها، أجنحتهم ضامرة، ولون أجسامهم أسود، فنتج أفراد صفاتهم وأعدادهم كما يأتي: 415 فردًا أجنحتهم طبيعية، ولون أجسامهم رمادي. 415 فردًا أجنحتهم ضامرة، ولون أجسامهم أسود. 82 فردًا أجنحتهم ضامرة، ولون أجسامهم رمادي. 88 فردًا أجنحتهم طبيعية، ولون أجسامهم أسود. إذا افترضْتُ أنَّ أليل شكل الأجنحة الطبيعية هو T، وأنَّ أليل شكل الأجنحة الضامرة هو t، وأنَّ أليل لون الأجسام الرمادية هو G، وأنَّ أليل لون الأجسام السوداء هو g، فأُجيب عن السؤالين الآتيين: أ - أذكر دليلاً من النتائج يُؤكِّد أنَّ قانون التوزيع الحر لا ينطبق على وراثة صفتي لون الأجسام وطول الأرجل. ب- أجد نسبة الأفراد الناتجين من ذوي التراكيب الجينية الجديدة. المعطيات: الطرز الشكلية للآباء، الطرز الشكلية لأفراد الجيل الأوَّل، أعداد الأفراد الذين تظهر عليهم الطرز الشكلية. المطلوب: دليل يُثبِت أنَّ الصفتين مُرتبِطتان، نسبة الأفراد الناتجين من ذوي التراكيب الجينية الجديدة.

الحل: استنادًا إلى قانون التوزيع الحر، فإنَّ النسب المُتوقَّعة لا تنطبق على هذه النتائج، وهي: 1:1:1:1 إذا كان أحد الأبوين غير مُتماثِل الأليلات للصفتين، وكان الآخر مُتنحِّيًا؛ إذ لم تتحقَّق هذه النسب. عدد الأفراد من ذوي التراكيب الجينية الجديدة = 82 + 88 = 170 فرداً. عدد الأفراد الكلي= 415 + 415 + 82 + 88 = 1000 فرد. نسبة الأفراد من ذوي التراكيب الجديدة = عدد الأفراد من ذوي التراكيب الجديدة/عدد الأفراد الكلي $\times$100%  (1000/170)×100% = 17%

 

الربط بالرياضيات استفاد العلماء من معرفتهم بالرياضيات في تفسير نتائج تجاربهم، وإيجاد نسبة التراكيب الجينية الجديدة الناتجة من عملية العبور الجيني بين الجينات المُرتبِطة وَفق المعادلة الآتية: عدد الأفراد الذين لا يُشبِهون آباءهم(التراكيب الجديدة) / العدد الكلي للأفراد الناتجن × 100% بتطبيق هذه المعادلة على النتائج التي توصَّل إليها العالِِم مورغان، فإنَّ: 391 / 2300×100% = 17% إذن، نسبة التراكيب الجينية الجديدة هي % 17 . ونسبة ارتباط الصفتين معًا هي: 100% - نسبة ظهور التراكيب الجديدة = % 17 -% 100 = % 83 أجد نسبة الأفراد ذوي الأجسام الرمادية، والأجنحة الضامرة. - (206 ÷ 2300) $\times$ 100%  = 8.9 %

 

أفكّر: أتوقَّع تأثير عبور بين الكروماتيدين الشقيقين في التراكيب الجينية للجاميتات.

- لا يحدث أي تأثير؛ فالكروماتيدين الشقيقين يحملان نفس الأليلات فلو حصل بينهما عبور لن تتأثر التراكيب
الجينية للجاميتات الناتجة علمًا بان العبور لا يحدث بين الكروماتيدات الشقيقة.

 

 

خريطة الجينات 

- يوجد تناسب طردي بين نسبة الأفراد الناتجين من ذوي التراكيب الجينية الجديدة ونسبة حدوث العبور الجيني.

- ويمكن لعملية العبور الجيني أنْ تحدث في أيِّ نقطة بين الجينين المحمولين على الكروموسوم نفسه؛ فكلَّما زادت المسافة بين الجينين زاد احتمال حدوث عملية العبور الجيني بينهما.

- وقد استفاد العلماء من نسبة ظهور التراكيب الجينية الجديدة في رسم خريطة تُبيِّن الجينات المحمولة على الكروموسوم، وترتيبها، والمسافة بينها، وتُسمّى خريطة الجينات، أنظر الشكل الآتي.

- يُطلَق على وحدة قياس المسافة بين الجينات على الكروموسوم اسم وحدة الخريطة، وتُكافِئ كل وحدة خريطة واحدة ما نسبته % 1 من ظهور تراكيب جينية جديدة. فمثلا، إذا ظهرت تراكيب جينية جديدة عند دراسة صفتين مُرتبِطتين بنسبة % 12 ، فهذا يعني أنَّ المسافة بين جيني الصفتين هي 12 وحدة خريطة.

- أُحدِّد المسافة بين كل جينين من الجينات الآتية: (R-E) ، (A-G) ،(R-G) ،(A-R) ، (A-E)

- (R-E) 6 وحدة خريطة

- (A-G) 14 وحدة خريطة

- (R-G) 12 وحدة خريطة

- (A-R) 2 وحدة خريطة

- (A-E) 8 وحدة خريطة

أتحقَّق: أُوضِّح المقصود بخريطة الجينات.

- خريطة تُبيِّن الجينات المحمولة على الكروموسوم، وترتيبها، والمسافة بينها.

 

مثال توصَّل أحد الباحثين - بعد إجرائه تجارب عِدَّة- إلى أنَّ الجينات: A ، B، C، D هي جينات مُرتبِطة، ومحمولة على الكروموسوم نفسه كما توصل إلى نسبة ظهور تراكيب جينية جديدة عند حدوث عبور جيني بين الجينات. وقد مثَّل الباحث هذه الجينات بالرسم البياني المجاور. أُحلِّل البيانات، ثم أُبيِّن ترتيب الجينات على الكروموسوم، والمسافة بينها. المعطيات: رسم بياني يُبيِّن ظهور تراكيب جينية جديدة عند حدوث عبور بين الجينات. المطلوب: ترتيب الجينات على الكروموسوم، المسافة بين الجينات.

الحل: - أستنتج أنَّ المسافة بين الجين A والجين B هي 20 وحدة، وأنَّ المسافة بين الجين A والجين C هي 14 وحدة، وأنَّ المسافة بين الجين C والجين B هي 6 وحدات، وأنَّ المسافة بين الجين D والجين A هي وحدتان، وأنَّ المسافة بين الجين B والجين D هي 18 وحدة؛ لأنَّ كل % 1 من نسبة العبور تُكافِئ وحدة مسافة واحدة على الكروموسوم. - أرسم خطا يُمثِّل الكروموسوم، مُثبِّتًا موقع الجين B، ثم موقع الجين C على بُعْد 6 وحدات. - أفترض أنَّ الجين A موجود على يسار الجين C ، وللتأكد من أنَّ الموقع الذي اخترْتُه للجين A صحيح، أجمع المسافة بين الجينين: A و C، والجينين: C و B لاستخراج المسافة بين الجينين: A و B على الكروموسوم: 14 + 6 = 20 وحدة. - ولمّا كانت المسافة الناتجة من جمع المسافات على الترتيب المُقترَح تساوي المسافة من معطيات السؤال، فإنَّ الفرضية لموقع الجين A صحيحة. - أفترض أنَّ موقع الجين D هو بين الجينين: A و C. وبذلك تكون المسافة بين الجينين: D و C هي 12 وحدة. وللتأكد من أنَّ الموقع الذي اخترْتُه صحيح، أجمع المسافة بين الجينين: D و C، والجينين: C و B: مجموع (6+12=18) وحدة خريطة ولمّا كانت المسافة الناتجة من جمع المسافات على الترتيب المُقترَح تساوي المسافة من معطيات السؤال، فإنَّ الفرضية لموقع الجين D صحيحة.

 

 

أثر البيئة في تحديد جنس بعض الزواحف

- تتأثَّر بعض الصفات الوراثية بالعوامل البيئية، مثل: الحرارة، والتغذية، والتعرُّض لأشعة الشمس مدَّة طويلة.

- فمثلا، تتحكَّم درجة الحرارة في تحديد الجنس في بعض الزواحف، مثل:بعض التماسيح، ومعظم السلاحف، وبعض أنواع السحالي؛ فيتحدَّد الجنس تبعًا لدرجة حرارة حضانة البيوض المُخصَّبة في مراحل مُعيَّنة من التكوين الجنيني. ويُطلَق على هذه الدرجة اسم درجة الحرارة المحورية ، وهي درجة حرارة مُعيَّنة ومناسبة لإنتاج الذكور والإناث في بعض أنواع الزواحف

- ويُعرَف هذا النظام بتحديد الجنس المُعتمِد على درجة الحرارة (TSD).

- فعند وضع البيوض، فإنَّها لا تتعرَّض لدرجة الحرارة نفسها بحسب موقعها، أنظر الشكل الآتي؛ فيتأثَّر نشاط الإنزيمات الضرورية لتصنيع الهرمونات الأنثوية والذكرية التي تؤدّي دورًا في تمايز كلٍّ من المبيض والخصية، مثل إنزيم أروماتيز.

أُحدِّد الجنس الذي تفقس بيوضه في درجة حضانة أقل من 28 سليسيوس.

- ذكور

أستنتج ما درجة الحرارة المحورية في الشكل؟

-   $°$C28 - 32C<

- توجد ثلاثة أنماط لتحديد الجنس المُعتمِد على درجة الحرارة في الزواحف، أنظر الشكل الآتي.

أنماط تحديد الجنس المُعتمِد على درجة الحرارة في أنواع مختلفة من الزواحف
النمط (أ)  كما في معظم السلاحف	النمط (ب) كما في بعض السحالي	النمط (ج) كما في بعض التماسيح
درجات حرارة مرتفعة، تفقس فيها البيوض إناثًا بنسبة % 100.   درجات حرارة منخفضة، تفقس فيها البيوض ذكورًا بنسبة % 100 .	درجات حرارة مرتفعة، تفقس فيها البيوض ذكورًا بنسبة % 100. درجات حرارة منخفضة، تفقس فيها البيوض إناثًا بنسبة % 100 .	درجات حرارة منخفضة،تفقس فيها البيوض إناثًا بنسبة % 100  درجات حرارة مرتفعة، تفقس فيها البيوض إناثًا بنسبة % 100. وتفقس البيوض ذكورًا بنسب متباينة في درجات الحرارة المتوسطة.

 

أستنتج النمط الذي يكون فيه لدرجات الحرارة المرتفعة والمنخفضة التأثير نفسه.

- النمط (ج)- درجات حرارة منخفضة، تفقس فيها البيوض إناثًا بنسبة. 100 % ، درجات حرارة مرتفعة تفقس فيها البيوض إناثًا بنسبة 100 % ، وتفقس البيوض ذكورًا بنسب مُتبايِّنة في درجات الحرارة المُتوسطة.

- وفي هذه الأنماط توجد درجة حرارة مُعيَّنة مناسبة لإنتاج ذكور وإناث بنسب متساوية، ويُطلَق على هذه الدرجة اسم درجة الحرارة المحورية (Tp).

 

أتحقَّق: أُوضِّح المقصود بتحديد الجنس المُعتمِد على درجة الحرارة.

- تحديد الجنس المعتمد على الحرارة: يتحدَّد الجنس تبعًا لدرجة حرارة حضانة البيوض المُخصَّبة في مراحل
مُعيَّنة من التكوين الجنيني.

 

الوراثة فوق الجينية 

ما هي الوراثة فوق الجينية؟

- الوراثة فوق الجينية دراسة تبحث في التعديلات على التعبير الجيني أو الطرز الشكلية في الكائن الحي والتي تحدث من دون تغيير تسلسل النيوكليوتيدات في الجين.

- ويُمكِن تغيير التعبير الجيني في الجين بتنشيطه، فيكون جينًا نشطًا، أو بإيقافه عن العمل، فيكون جينًا صامتًا.

- تفسر الوراثة فوق الجينية تصنيع البروتينات التي تُميِّز خلية مُعيَّنة دون غيرها من الخلايا. فمثلا، الخلايا العصبية تصنع بروتينات تختلف عن تلك التي تصنعها خلايا أُخرى في الجسم، بالرغم من أنَّ جميع الخلايا الجسمية في الإنسان لها نفس التسلسل من النيوكليوتيدات في جزيء DNA.

- من الأمثلة على آليات الوراثة فوق الجينية التي تُؤثِّر في التعبير الجيني:

1- إضافة مجموعة الأستيل إلى بروتين الهستون؛ إذ يلتفُّ جزيء DNA مشدودًا حول بروتين الهستون، ويُطلَق على التركيب الناتج من ذلك اسم النيوكليوسوم.

- تعمل إضافة مجموعة الأستيل إلى ذيول بروتين الهستون على ارتخاء التفاف جزيء DNA حول هذا البروتين، فيصبح الجين نشطًا، ويُمكِن نسخه، أنظر الشكل الآتي.

أُوضِّح تركيب النيوكليوسوم.

-  تركيب يتكون من التفاف جزيء DNA مشدودًا حول بروتين الهستون، ويُطلَق على التركيب الناتج من ذلك اسم النيوكليوسوم.

 

 

2- إضافة مجموعة الميثيل إلى جزيء DNA ، فيصبح الجين غير نشط، ولا يُمكِن نسخه (صامت) أنظر الشكل الآتي.

أحدد على الشكل العامل فوق الجيني الذي يمنع نسخ الجين؟

- مجموعة الميثيل.

 

- أجرى العلماء تجربة على نوع من الفئران، وذلك بإحضار مجموعتين من الأُمَّهات الحوامل اللاتي يحملْنَ أَجِنَّة مُتماثِلة في طرزها الجينية، وتخصيص نظام غذائي مختلف لكلٍّ من الأُمَّهات في المجموعتين.

 1- إذ احتوى النظام الغذائي للأُمَّهات في المجموعة الأولى على حمض الفوليك الذي يُعَدُّ مصدرًا لمجموعة الميثيل.

 2- خلافا للنظام الغذائي للأُمَّهات في المجموعة الثانية الذي خلا من وجود حمض الفوليك.

 النتيجة:

 1- فكانت الفئران الناتجة من المجموعة الأولى ذات فراء بني، وغير سمينة (طبيعية)

 2- في حين كانت الفئران الناتجة من المجموعة الثانية ذات فراء أصفر، وسمينة، ومصابة بأمراض أُخرى.

 التفسير: وقد فسَّر العلماء ذلك بأنَّ مجموعة الميثيل التي يحويها النظام الغذائي لفئران المجموعة الأولى تُمثِّل عاملا من عوامل الوراثة فوق الجينية.

 - تُفسِّر الوراثة فوق الجينية الاختلاف في الصفات بين التوائم المُتطابِقة؛ فقد يعاني أحد التوأمين أمراضًا مُعيَّنةً لا يعانيها الآخر، وقد يصبح أحدهما رياضيًّا والآخر رسّامًا، وقد يختلفان في السمات الشخصية، كأنْ يكون أحدهما خجولا عكس الآخر.

- صحيحٌ أنَّهما يحملان ترتيب النيوكليوتيدات نفسه في جزيء DNA ، لكنَّهما قد يختلفان في النظام الغذائي، والأنشطة البدنية والاجتماعية، والرعاية الطبية. ومن ثَمَّ، يوجد ارتباط لعوامل فوق جينية عند أحدهما تختلف عن تلك المُرتبِطة عند الآخر في أيِّ مرحلة من مراحل حياتهما؛ ما يُغيِّر التعبير الجيني لكلٍّ منهما.

- وقد أظهرت بعض الدراسات أنَّه كلَّما تقدَّم الإنسان في السِّنِّ ظهرت فروق أكثر في عوامل الوراثة فوق الجينية بين التوائم المُتطابِقة.

الربط بالتكنولوجيا فك قفل الهاتف المحمول ببصمة الإصبع قال تعالى: ﴿  بَلَى قَادِرِينَ عَلَى أَنْ نُسَوِّيَ بَنَانَهُ﴾ (سورة القيامة، الآية 4). عند محاولة فك قفل الهاتف المحمول ببصمة إصبع غير تلك التي استُخدِم في تحديدها، فإنَّ الهاتف سيظلُّ مُقفَلا؛ إذ تختلف بصمات الأصابع في اليد الواحدة للشخص نفسه، بالرغم من وجود الجينات نفسها في الأصابع جميعها. وبالمثل، تختلف بصمات الأصابع بين التوائم المُتطابِقة التي تنتج من بويضة مُخصَّبة واحدة، بالرغم من احتوائها على المادة الوراثية نفسها. وتفسير ذلك أنَّ الأَجِنَّة في الرحم تتعرَّض لعوامل بيئية مختلفة (مثل موقع الجنين في الرحم وكثافة السائل الرهلي)؛ فتختلف الأصابع في ملامستها الغشاء الرهلي في أثناء تشكُّل بصماتها في المراحل المُبكِّرة من الحمل، ثم تظلُّ بعد ذلك ثابتة ومُميَّزة طوال الحياة.

 

 

الربط بالصحة الوراثة فوق الجينية والسرطان  أحدثت الوراثة فوق الجينية سَبْقًا علميًّا في ما يختصُّ بتفسير أسباب الإصابة بالسرطان؛ فقد تُؤثِّر عوامل الوراثة فوق الجينية في الجينات المُثبِّطة للأورام، فتصبح غير نشطة (صامتة)؛ ما يؤدّي إلى انتشار الأورام. وكذلك وجد العلماء أنَّ عوامل الوراثة فوق الجينية في الخلايا السرطانية تُظهِر نمطًا مختلفًا عنه في الخلايا الطبيعية؛ ما يدلُّ على أنَّ هذا التغيّر في النمط هو سبب الإصابة بالسرطان. ولهذا، فإنَّ الوراثة فوق الجينية تُمثِّل ركيزة أساسية للتفكير في علاج يُفعِّل الجينات التي أوقفت نشاطها العوامل فوق الجينية.