Back to chapter

6.15:

اخراج جينات الميتوكوندريا والكلوروبلاست

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
Export of Mitochondrial and Chloroplast Genes

Languages

Share

جينومات العضيات مثل هؤلاء في كل من الميتوكوندريا والبلاستيدات الخضراء أصغر من تلك الموجودة في أسلافهم بدائية النواة. هذا بسبب أنه،خلال التطور غالبية جيناتهم تم تصديرها إلى النواة. بينما العديد من الآخريات كانت قد فُقدت قبل التطور الى جينوم الميتوكوندريا أو البلاستيدات الخضراء.هذه الجينات المُصدرة هي المعروفة باسم التكامل النووي لل دى إن أيه العضوي. على وجه التحديد الجين من الميتوكوندريا هو تكامل نووي ل دى إن أيه الميتوكوندريا. وتلك من البلاستيدات الخضراء هي تكامل نووي لل دى إن أيه البلاستيدى.نظرية واحدة عن سبب أن الخلايا قد تنقل الجينات من الميتوكوندريا و البلاستيدات الخضراء إلى النواة هو أن تفاعلات نقل الإلكترون في الميتوكوندريا و البلاستيدات الخضراء تولّد جذور حرة مسببة للطفرة. التصدير لهذه الجينات تقلل التعرض للجذور الحرة وإحتمال الطفرات الضارة. بالإضافة إلى ذلك فإن النواة لها نظام إصلاح لل دى إن إيه أكثر فعالية من أي من الميتوكوندريا أو البلاستيدات الخضراء.حيث دى إن أيه فى الميتوكوندريا والبلاستيدات الخضراء موروث من واحد من الوالدين فقط لا يمكنهم بذلك أن يمروا بإعادة التركيب الجنسي. ومع ذلك بمجرد أن تكون الجينات مدموجة في ال دى إن إيه النووى يتم توريث الجينات من كلا الوالدين. 00:01:22.390 00:01:25.270 إعادة التركيب الجنسي يسمح بإعادة ترتيب الجينات من كلا الوالدين الذى يمكن أن يمنع تراكم الطفرات الغير المرغوب فيها ويمكن أن تحسن التكيف مع البيئة المحيطة.نسخ ال دى إن أيه النووي وآلات الترجمة تكون مختلفة عن هؤلاء الموجودين فى الميتوكوندريا والبلاستيدات الخضراء. 00:01:41.590 00:01:44.020 لذلك فإن الجينات المصدرة يجب ان تخضع لعدة تعديلات لتعمل بشكل صحيح. تشمل هذه التغييرات إدخال تسلسلات دى إن أيه جديدة للمبادر و المنهى اللازم ل آر إن أيه الرسول السليم وإنتاج البروتين.يضاف أيضا تسلسل الهدف لتوجيه منتج البروتين للميتوكوندريا أو البلاستيدات الخضراء. تحتفظ معظم الجينات المصدرة بوظيفتهم الأصلية في الميتوكوندريا والبلاستيدات الخضراء. ومع ذلك في بعض الحالات فإنها تؤدى إلى تطور جينات بوظائف جديدة.

6.15:

اخراج جينات الميتوكوندريا والكلوروبلاست

يمكن أن تحتوي الخلية حقيقية النواة على ما يصل إلى ثلاثة أنواع مختلفة من الأنظمة الجينية: النووية، والميتوكوندريا، والبلاستيدات الخضراء. وأثناء التطور، قامت العضيات بتصدير العديد من الجينات إلى النواة؛ ولا يزال هذا النقل مستمرًا في بعض أنواع النباتات. حوالي 18٪ من الجينوم النووي Arabidopsis thaliana يُعتقد أنه مشتق من سلف البلاستيدات الخضراء، وحوالي 75٪ من جينوم الخميرة المشتق من سلف البكتيريا الميتوكوندريا. بغض النظر عن موقع أو حجم الجين في الجينوم العضوي؛ تم العثور على الجينات الكبيرة، وفي بعض الحالات، الجينوم العضوي بأكمله في النواة.

يقترن نقل الجينات إلى النواة بفقدان الاستقلالية الجينية للعضية. ومع ذلك، فإن العديد من البروتينات التي تم ترميزها بواسطة الجينات المصدرة لا تزال تنتجها النواة ويتم نقلها مرة أخرى إلى العضية. هذا ممكن لأن الجينات يتم تعديلها لتكون متوافقة مع آلية النسخ والترجمة النووية وتخضع لتغييرات مثل إضافة محفز ومُنهي. يتم أيضًا إضافة تسلسل استهداف، بحيث يتم تسليم البروتينات الناتجة إلى العضية المحددة. وهذا يمكّن النواة أيضًا من التحكم في إمداد هذه البروتينات وتنظيم التكوّن الحيوي للعضيات. في بعض الأحيان، تتطور مثل هذه الجينات المصدرة وتؤدي وظائف جديدة للعضيات بخلاف الوالد. على سبيل المثال، ما يقرب من 50٪ من الجينات المشتقة من البلاستيد في Arabidopsis thaliana تؤدي وظائف غير البلاستيد.

هناك العديد من النظريات التي تفسر سبب نقل الكائنات الحية للجينات من العضيات إلى النواة. تنتج كل من الميتوكوندريا والبلاستيدات الخضراء جذوراً حرة يمكن أن تسبب طفرات ضارة في حمضها النووي. قد يكون نقل الجينات العضوية الضعيفة إلى النواة إحدى الاستراتيجيات لحمايتها من الطفرات. وفقاً للمبدأ الجيني لسقاطة مولر، يؤدي التكاثر اللاجنسي إلى تراكم الطفرات الضارة التي يمكن أن تتسبب في النهاية في انقراض النوع. ومع ذلك، بمجرد نقله إلى الجينوم الجنسي للنواة، يمكن أن يخضع الجين المصدر لإعادة التركيب الجنسي مما يساعده على منع تراكم الطفرات الضارة. &#160؛

Suggested Reading

  1. Martin, William, and Reinhold G. Herrmann. "Gene transfer from organelles to the nucleus: how much, what happens, and why?." Plant Physiology 118, no. 1 (1998): 9-17.
  2.  Cullis, Christoper Ashley, Barend Juan Vorster, Christell Van Der Vyver, and Karl J. Kunert. "Transfer of genetic material between the chloroplast and nucleus: how is it related to stress in plants?" Annals of Botany 103, no. 4 (2008): 625-633.
  3.  Ku, Chuan, Shijulal Nelson-Sathi, Mayo Roettger, Sriram Garg, Einat Hazkani-Covo, and William F. Martin. "Endosymbiotic gene transfer from prokaryotic pangenomes: Inherited chimerism in eukaryotes." Proceedings of the National Academy of Sciences 112, no. 33 (2015): 10139-10146.