Back to chapter

1.8:

حجم الجينوم وتطور الجينات الجديدة

JoVE Core
Molecular Biology
A subscription to JoVE is required to view this content.  Sign in or start your free trial.
JoVE Core Molecular Biology
Genome Size and the Evolution of New Genes

Languages

Share

رغم بساطة طبيعة الشفرة الجينية هناك اختلاف كبير من حيث حجم الجينوم من الأصغر و المعروف بالجينوسوم التى تتضمن البروتيوباكتيريا كانديداتوس كارسونيلا التى أنصاف اقطارها أقل من 160.000 زوج من القواعد إلى اكبرها, مثل النبات المزهر اليابانى باريس جابونيكا يبلغ حوالي 150 مليار. على الرغم من هذا الاختلاف الشديد البكتيريا والعتائق عندها حوالي 3000 جين داخل جينوماتهم لأن بدائيات النوى تقريبا لا توجد لديها تسلسلات غير مشفرة هذا يعني ان الجينومات الخاصة بهم تكون صغيرة نسبيًا مقارنة بأولئك من حقيقيات النوى. الجينوم الاصفر أيضا يعني الاقل فى الاستنساخ في كل دورة من دورات انقسام الخلايا والذى له معنى لوجستي للتكاثر السريع حقيقيات النوى إجمالا بها تقريبا 20000جين ولكن جينوماتها تتخللها امتدادات طويلة التسلسل غير مشفرة مما يعني ان حجم الجينوم الخاص بهم ليس بالضرورة أن يترجم الى شىء معقد جينوم باريس جابونيكا قد يكون أكبر 50 مرة من حجم جينوم الإنسان, لكن هذا يرجع على الأقل جزئيًا إلى كميات كبيرة من التسلسل غير المشفر وربما مستويات عالية من التكرار ليس بالضرورة المزيد من الجينات الجديدة.فكيف إذن تُطور الكائنات الحية جينات جديدة؟الجواب عادة بواسطة تعديل التسلسل الذى هو موجود أصلا. أحد الموارد الأساسية لتطور جينات جديدة هو من خلال التكرار الجينيى تخيل قسم من الحمض النووي يحتوى على جين تكرر بطريق الخطأ. الآن الكائن الحي لديه نسخة ثانية من الجين الموجود.هذه النسخ الجينية الجديدة حرة من القيود الموضوعة على الأصل للحفاظ على الوظيفة وهكذا يستطيعون ان يتنوعوا, ومن المحتمل يحدث تطوير دور جديد أو تعديل لوظيفة أصلية طريقة أخرى لخلق جينات جديدة هي خلط دى إن أيه حيث أجزاء من جين موجود او من نسخة جين يتم فصلها والانتقال للانضمام لأجزاء من جين مختلف صانعا بذلك جين هجين يمكن أن يقوم بوظيفة جديدة الطفرة داخل الجين هى التغييرات في تسلسل الجينات المدمجة عن طريق الطفرات بمرور الوقت وهذه تفسر العديد من الجينات الجديدة هذا التنوع هو الأكثر وضوحا عند مقارنة الأنواع أو الأنساب التي تتنوع بشكل مستقل. بمجرد أن يكون هذا التنوع وراء نقطة معينة أو جين واحد يقوم بوظيفة جديدة يمكن تصنيفها على أنها جينات مختلفة تمامًا. أخيرًا النقل الافقى للجينات يجلب جينات وتسلسلات جديدة إلى الجينوم من مصادر خارجية مثل الأفراد الآخرين وحتى الأنواع الأخرى.هذا النوع من الجينات الجديدة المكتسبة هو الأكثر شيوعًا في بدائيات النوى والعتائق مع النقل للجينات مقاومة المضادات الحيوية كونه مثالًا معروفًا. بينما نادر في حقيقيات النوى انها لا تزال تُعتبر مصدر أساسي للجينات الجديدة والمواد الجينية يمكن أن تأتي من انواع بعيدة الصلة مثل البكتيريا والفطريات في هذا المثال.

1.8:

حجم الجينوم وتطور الجينات الجديدة

بينما يحتوي كل كائن حي على جينوم من نوع ما (سواء كان RNA، أو DNA)، إلا أن هناك تبايناً كبيراً في أحجام هذه الجينومات. أحد العوامل الرئيسية التي تؤثر على حجم الجينوم هو ما إذا كان الكائن بدائي النواة أو حقيقي النوى. في بدائيات النوى، يحتوي الجينوم على القليل من التسلسل غير المشفر، أو لا يحتوي على أي تسلسل غير مشفر، بحيث تتجمع الجينات بإحكام في مجموعات أو أوبرونات بالتتابع على طول الكروموسوم. وعلى العكس من ذلك، تتخلل الجينات في حقيقيات النوى امتدادات طويلة من التسلسل غير المشفر. وبشكل عام ، هذا يساهم في الظواهر التي تشير إلى أن جينومات بدائيات النوى تميل إلى أن تكون أصغر (أي تحتوي على قواعد أقل) في المتوسط ​​من تلك الموجودة في حقيقيات النوى.

ليس من المستغرب، بالنظر إلى هذه الملاحظة، أن أصغر الجينومات المعروفة هي في الغالب بدائيات النوى. كانديداتوس كارسونيلا rudii، على سبيل المثال، عبارة عن بروتيوبكتيريا مبسطة للغاية يبلغ حجم جينومها 160 ألف زوج قاعدي فقط. بعد أن فقدت العديد من الجينات التي كانت بحاجة إليها لتخليق البروتينات الضرورية للحياة، تطورت لتصبح تكافؤاً إلزامياً داخل الخلايا. في الطرف المقابل من هذا الطيف، يعتبر النبات المزهر الياباني من حقيقيات النوى باريس جابونيكا واحداً من أكبر الجينومات المعروفة، حيث يحتوي على حوالي 150 مليار زوج قاعدي. على الرغم من أن عدد الجينات التي يشفرها غير معروف’، إلا أن الجينوم يظهر كميات هائلة من التكرار والتسلسل غير المشفر.

يوجد داخل جينوم بدائيات النوى المتوسطة ما يقرب من 3000 جين. يبلغ متوسط ​​عدد حقيقيات النوى في مكان ما حوالي 20000. لكن حجم الجينوم، خاصة في حقيقيات النوى، متغير إلى حد كبير – ويرجع ذلك في جزء كبير منه إلى مقدار التسلسل غير المشفر.

خلق جينات جديدة

من أجل تطوير جينات جديدة ، تمتلك الكائنات الحية عددًا قليلاً من الخيارات الرئيسية. الشيء الوحيد الذي تشترك فيه معظم هذه العناصر هو أنها تعدل التسلسلات الموجودة بالفعل.

يلعب الازدواج دوراً مهماً في تكوين جينات جديدة، وهناك أنواع قليلة من الازدواجية التي يمكن أن تؤدي إلى هذه التسلسلات الجديدة. في ازدواج الجينات، يتم تكرار جزء من DNA يحتوي على جين. هذه النسخة الثانية لا تواجه ضغط التحديد الذي يقيد النسخة الأولى، وبالتالي يمكن أن تتباعد. بمرور الوقت، يمكن أن يؤدي هذا إلى تطور جينات جديدة، بأدوار جديدة.

يمكن أن يؤدي نوع آخر من التكرار – خلط الحمض النووي – إلى تكرار جزء فقط من الجين والانضمام إلى جين آخر. يمكن أن يؤدي هذا إلى إنشاء جينات جديدة بمنتجات جديدة.

أحياناً تتطور الجينات الجديدة ببساطة من الطفرات المتراكمة بمرور الوقت. يُعرف هذا باسم الطفرة داخل الجين، وهو أكثر وضوحاً عند المقارنة بين الأنواع أو المجموعات السكانية المتباينة.

أخيراً، من الممكن أيضاً الحصول على جينات جديدة من مصادر خارجية، في عملية تُعرف باسم نقل الجينات الأفقي. هذا يعني أنه يمكن دمج المواد الجينية من أفراد آخرين، أحياناً من نفس النوع ، ولكن من المحتمل أيضاً أن يتم دمجها من أنواع أخرى تماماً. هذا مصدر متكرر للجينات الجديدة في بدائيات النوى والعتائق. إنه أقل شيوعاً في حقيقيات النوى، ولكن ثبت حدوثه، ويمكن لحقيقيات النوى حتى التقاط معلومات وراثية من مصادر بعيدة مثل البكتيريا أو الفطريات.