التآثر بين الأليلات

بحث متقدم

أ ب ت ث ج ح خ د ذ ر ز س ش ص ض ط ظ ع غ ف ق ك ل م ن هـ و ي

التآثر بين الأليلات

تاثر بين اليلات

Interaction between alleles -

التآثر بين الأليلات

الأساس الجزيئي لسيادة الأليل

تأثير الطفرات mutation effects

السلاسل الأليلية allelic series أو الأليلات المتعددة

مجد الجمالي

يدل التآثر بين الأليلات allelic interaction على الحالات والاحتمالات المتعدّدة التي تتآثر فيها الأليلات لتحكم طبيعة النمط الظاهري. ويُعرَّف الأليل allele بأنه واحد من أشكال الجين gene البديلة المحمولة على موقع محدد locus من الصبغي. غالباً ما توجد الأليلات في أزواج؛ فإذا كانت متماثلة أطلق على الفرد متماثل الألائل (اللواقح) homozygous بالنسبة إلى تلك الصفة، وإذا كانت مختلفة يكون الفرد متخالف الألائل heterozygous للصفة المدروسة. ويمكن أن تكون هناك أليلات متعددة multiple alleles تؤثر في التعبير عن النمط الظاهري لصفة محددة؛ بيد أنه لا يمكن للفرد أن يملك أكثر من أليلين للصفة الواحدة، فجميع الصفات الوراثية هي ناتج التآثر بين الأـليلات.

فمثلاً تمتلك الكائنات ضعفانية الصيغة الصبغية diploid أليلين لكل جين، يكون كل منهما على أحد الصبغيين الصنوين المُماثلين homologous chromosomes، فالإنسان يرث 23 صبغياً من كل من أبويه؛ بحيث تكون الصيغة الفردانية haploid لديه هي 23 صبغياً، والضعفانية هي 46 صبغياً، ويكون لكل جين أليلان في مواقع محددة على الصبغيات (الشكل1).

الشكل (1) رسم تخطيطي يوضح مفهوم الأليل و الحالات التي يمكن أن يكون عليها الأليلان المتقابلان.

يُعدّ القانون الأول أو قانون انفصال الأليلات للعالم غريغور مندل Gregor Mendel (1822-1884) القاعدة الأساسية لانتقال الصفات في الكائنات ضعفانية الصيغة، والذي ينص على: وجود زوج من الجينات المتقابلة (أليلات) لكل صفة في الكائنات مضاعفة الصيغة الصبغية، ينفصل كل أليل عن الأليل الآخر المقابل له انفصالاً كاملاً عند تشكل الأعراس، ليعود وينضم عشوائياً في الأبناء. وقد استنبط مندل قوانينه قبل اكتشاف الصبغيات من قِبل العالم الألماني والتر فليمنغ Walther Flemming على هيئة شبكة من "الخيوط" ضمن النواة دعاها كروماتين chromatin. وفي الواقع كان ما اكتشفه فليمنغ الصبغيات (الكروموزومات) chromosomes, إلا أن هذا الاسم لم يُطلق عليها سوى من قِبل العالم الألماني هاينريك وولدَيَر Heinrich Waldeyer عام 1888. وتُطبقّ قوانين مندل على انفصال الصبغيات خلال الانقسام المنصّف meiosis، والتي وضعها بناءً على تجارب على نباتات البازلاء ودراسة الصفات الظاهرية التي تحدّدها حصرياً "عوامل وراثية" مُحددة سُميت فيما بعد جينات، ولم يشمل في تحليله أياً من الصفات التي تحدّدها جينات متعددة، أو تتداخل في تحديد النمط الظاهري phenotype عوامل غير جينية factors non-genetic، وكانت الصفات السبع التي درسها مندل (لون الأزهار وطول النبات وشكل الثمار وغيرها) تُحددَّ بشفع واحد فقط من الأليلات؛ بحيث يكون أحد الأليلين سائداً كلّياً completely dominant؛ والآخر متنحّياً كلّياً .completely recessive

يطغى الأليل السائد على الأليل المتنحي في حالة تخالف الألائل، وقد تكون السيادة متساوية بين الأليلين codominant، إذ لا يعد أيٍ منهما سائداً أو متنحياً في بعض الصفات. تعد الحالة البسيطة التي فيها أليلان فقط لكل صفة في مجتمعٍ ما نادرة في الطبيعة. فعلى الرغم من أن لكل كائن ضعفاني أليلين فقط لكل جين؛ هنالك العديد من الأليلات المختلفة المنتشرة في المجتمع. إضافة إلى ذلك من النادر أن يسود أليل ما على أليل آخر كلياً؛ بحيث يحدد أليل واحد منهما فقط النمط الظاهري للصفة؛ إذ تؤدي العوامل البيئية دوراً مهماً جدّاً في تحديد النمط الظاهري، من هنا برز مصطلح التآثر بين الأليلات allelic interaction ليحكم طبيعة النمط الظاهري.

أظهرت التجارب المندلية في مختلف الكائنات وجود أربعة أنماط من العلاقات المبدئية بين الأليلات المتقابلة هي:

1- السيادة الكاملة complete dominance: يكون فيها الطابع الظاهر للطابع الوراثي المتخالف الألائل مماثلاً لأحد الطابعين الظاهريين للأبوين. مثال: لون الزهرة في الجيل الأول عند نبات البازلاء. فمثلاً لُوحظ في إحدى تجارب مندل سيادة اللون الأرجواني لأزهار البازلاء على اللون الأبيض بسبب السيادة الكليّة لأليل اللون الأرجواني على أليل اللون الأبيض في جميع أفراد الجيل الأول المتخالفي الألائل الناتجة من تهجين نبتتي بازلاء؛ إحداهما ذات أزهار أرجوانية؛ متماثلة الألائل لجين اللون (الأليل السائد)، والأخرى ذات أزهار بيضاء متماثلة الألائل لجين اللون الأبيض (الأليل المتنحّي) الشكل (2).

الشكل (2) شكل يوضح حالة السيادة الكاملة في لون أزهار نبات البازلاء.

2- السيادة غير الكاملة incomplete dominance: يكون فيها الطابع الظاهر للفرد متخالف اللواقح طابعاً وسطاً (مزيجاً) بين الطابعين الظاهرين للأبوين. مثال: لون الأزهار في نبات فم السمكة الشائع snapdragon (Antirrhinum majus)، فعند التهجين بين نباتين (سلالتين صافيتين) أزهار النبات الأول ذات لون أحمر وأزهار النبات الثاني ذات لون أبيض، تكون أزهار نباتات الجيل الأول جميعها ذات اللون الزهري؛ إذ تكون الأزهار في الجيل الأول متخالفة الألائل، وتحمل أزهارها صباغاً أحمر، تقل كميته عن كمية الصباغ الموجود لدى النبات المتماثل الألائل الأصل (الشكل 3). ومن الأمثلة عن السيادة غير الكاملة أيضاً وراثة بنية الشعر لدى الإنسان أو تركيبه.

الشكل (3) شكل يوضح السيادة الناقصة أو غير الكاملة الناتجة من تهجين نباتين لون أزهار أحدهما أبيض والآخر أحمر إذ يكون لون أزهار الجيل الأول الناتج جميعها زهرياً.

3- السيادة المتساوية codominance: يعبر فيها الفرد الهجين عن طابع ظاهري يمثل مجموع الطابعين الظاهريين للأبوين. مثال: الزمرة الدموية AB عند البشر والناتجة من الزمرتين A و B (الطابع الظاهري هنا ليس حالة وسطى بين النمطين، بل يعبر عن كلا النمطين لأن كلتا الجزيئتين A و B موجودتان على سطح الكرية الحمراء (الشكل 4). ومن الأمثلة على السيادة المتساوية أيضاً لون الفراء أو الأرياش لدى بعض الحيوانات.

الشكل (4) شكل تخطيطي يوضح حالة السيادة المتساوية الملاحظة في وراثة الزمرة الدموية ABO

4- السيادة الفوقية overdominance: يكون الطابع الظاهر للفرد المتخالف الألائل أعلى حدية أو تعبيراً من أيٍ من الطابعين الظاهريين للأبوين، فمثلاً كمية صباغ العين في عين ذبابة الخل المتخالفة اللواقح (w+/w) يزيد على كميته الموجودة في أي من عيني السلالتين الأبويتين (ww) (w+w+).

توقّع الباحثون في بداية القرن العشرين أن الأليلات السائدة تظهر النمط البري wild-type للبروتينات المسؤولة عن ظهور الصفة، في حين تُرمّز الأليلات المتنحية (الصاغرة recessive) بروتينات منخفضة أو معدومة الفعالية، ثمّ تعاظمت التساؤلات حول الآلية الجزيئية لسيادة الأليل وجرت عدة من الأبحاث الجينية في منتصف القرن العشرين لتفسير كيف يمكن التأكد من نمط سيادة الأليلات، ولماذا تكون بعض الطفرات متنحية والأخرى سائدة؟ وهل تؤدي الطفرات دوماً إلى فقدان الوظيفة أو أنها تضيف بعض الوظائف إلى الأليل الطافر؟

الأساس الجزيئي لسيادة الأليل

إنّ تصنيف الأليلات المتقابلة كجينات سائدة أو متنحية يعتمد كلياً على وظيفة الجين من خلال الناتج الواقع تحت سيطرتها، وعلى هذا يُنظر إلى الجينات من خلال المفهوم والمصطلحات الوظيفية، ومن ثمّ فإن السيادة والتنحي لهما معنى وظيفي ملموس عندما يُتعامل مع المنتوج المتشكل بفعل المعلومات التي تملكها؛ إذ إن لكل أليل ذاتيته المستقلة وقدرته الخاصة على العمل. وهكذا فإن لكلٍ من السيادة والتنحّي آلية جُزيئية، يجري في كِلتيهما إنتاج بروتينات بفعّاليات متفاوتة؛ ففي حالة السيادة الكاملة تكون كفاية الأليل السائد أعلى من الأليل المتنحي، ففي مثال شكل البذور في نبات البازلاء يرمز الجين المسؤول عن صفة البذور الملساء المدورة السائدة، إلى تركيب إنزيم يساعد على تحويل السكر إلى نشاء ضمن البذرة؛ ومن ثمّ تخزن هذه البذور كل ما تحتويه من احتياطي من السكر على شكل نشاء ضمن البذور، أما النباتات ذات البذور المتجعدة فيرمز الجين -ذو الطابع المتنحي- إلى إنزيم لا يملك الكفاية الكافية لتحويل السكر إلى نشاء، لذلك يتراكم السكر في تلك النباتات؛ ومن ثمّ فإن التركيز العالي من السكر يجعل البذور تمتص الماء بحسب مبدأ الحلول؛ مما يجعل البذور تنتفخ، وعندما تنضج البذور وتجف تتشكل التجاعيد، فصفة التجعد تظهر فقط عندما تجف البذور بعد نضجها، ويخرج الماء منها، بالمقابل في حالة الأليل السائد ولتحول السكر إلى نشاء فإن البذور لا تمتص الماء؛ ومن ثمّ لا تتجعد عندما تجف (الشكل5).

الشكل (5) شكل تخطيطي يوضح الأساس الجزيئي للسيادة الكاملة من خلال شكل بذور نبات البازلاء.

ويمكن شرح الآلية الجزيئية في حال السيادة الناقصة من خلال الأفراد الذين يحملون مرض تي - ساكس Tay-Sachs؛ إذ يفتقر الأفراد المصابون بهذا المرض إلى إنزيم هكزوسامينيداز أ Hexosaminidase A المسؤول عن تحطيم الدهون؛ مما يتسبب في تراكم الكثير منها في المخ وأجزاء أخرى في الجهاز العصبي؛ الأمر الذي يؤدي إلى تلف الأعصاب وفقدان القدرات البدنية والعقلية. يحدث المرض لدى الأشخاص الذين لديهم أليلان متنحيان طافران للمرض، أما الأشخاص الذين لديهم أليل واحد طافر؛ فهم حاملون للمرض، لكنهم لا يظهرون الأعراض مع أنهم ينتجون نصف الكمية المعتادة من الإنزيم؛ مما يدل على النمط الظاهري الوسيط بين أولئك الذين يعانون المرض وأولئك الذين ليس لديهم أي أليلات متنحية طافرة للمرض (الشكل 6).

الشكل (6) شكل تخطيطي يوضح الفروق بين الخلايا العصبية السوية والخلايا لدى المصابين بمرض تي- ساكس Tay-Sachs.

أ- تدخل الدهون إلى الخلية العصبية لدى الطفل السليم على شكل ganglioside,GM2 تقوم الجسيمات الحالة الحاوية على إنزيم هكزوسامينيداز A، فيعمل هذا الإنزيم على تحطيمها بالكامل والاستفادة منها كمصدر غذائي للخلية.

ب- لدى الأطفال المصابين بالمرض تفتقر الخلايا للإنزيم وبالتالي يتراكم GM2 لمستويات سامة في الخلية العصبية ويشل عملها.

كذلك يعبر الفرد الذي ورث الأليل A من أحد الوالدين والأليل B من الآخر عن كلا البروتينين وفقاً لنمط السيادة المشتركة؛ مما ينتج منه فصيلة الدم AB. أما الأليل "O" فهو لا يرمز إلى أي بروتين على الإطلاق، لذلك فإن الأشخاص الذين لديهم سمة "O" يفتقرون إلى كل من البروتينات A وB (الشكل 4).

ويظهر الأساس الجزيئي في حالة السيادة الفوقية عندما تفقد أليلات جين تركيب الفلافون Flavone Synthase (FNS) وظيفتها، الأمر الذي يسبب فرطًا في كثافة ألوان الأزهار القائمة على الأنثوسيانين لدى بعض الأنواع النباتية؛ إذ يؤثر FNS سلبًا في كثافة ألوان الأزهار من خلال التنافس مع الإنزيمات الحيوية الاصطناعية للأنثوسيانين للركائز نفسها، ولكنه يؤثر تأثيراً إيجابياً في كثافة ألوان الأزهار من خلال إنتاج الفلافون، والنسخ غير الملونة المطلوبة لتثبيت الأنثوسيانين؛ مما يؤدي إلى تصبغ معزّز في حالات تغاير الألائل (FNS / fns) مقارنة بكل من حالات تماثل الألائل (FNS / FNS و fns / fns) (الشكل 7).

الشكل (7) شكل توضيحي للأنماط الظاهرية المتعددة الناتجة من الأليل المرمز لإنزيم فلافون سينثاز الطافر على تراكم الأنثوسيانين.

تأثير الطفرات mutation effects:

يتباين تأثير طفرة الأليل بحسب تأثر فعالية البروتين المرمَّز بالأليل الطافر. وعموماً يمكن تصنيف تأثير الطفرات في نوعين؛ الأول: الطفرات المؤدّية إلى فقدان الوظيفة loss-of- mutations function، ينجم عنها انخفاضٌ مهم أو ربما إلغاءٌ للفعالية الوظيفية للبروتين تظهر إما في انخفاض في الفعالية الحيوية لإنزيم ما؛ وإما في ضعف ارتباط بروتين ما بالربيطة ligand (جزيء يلتحم بجزيء آخر) الخاصة به، وتكون في الغالب طفرات متنحّية، والثاني: الطفرات المؤدية إلى كسب الوظيفة gain-of- mutations function، وينجم عنها إما زيادة في فعالية البروتين؛ وإما امتلاكه فعالية جديدة لا تظهر في البروتين غير الطافر، وتكون غالباً طفرات سائدة تُبدي تأثيرها بوجود النمط الجيني المتغاير الألائل؛ كما قد يؤدي هذا النوع من الطفرات إلى موت الكائن خاصّة في حالات تماثل الألائل للأليل الطافر. من جهة أخرى يمكن لطفرات في أليلات متنحية أن تسبب أيضاً موت الكائن في مراحل مبكّرة من الحياة في حالة تماثل الألائل بسبب تأثير الطفرة في تطور الجنين خلال الحمل، ويسمّى هذا النوع من الطفرات بالطفرات المميتة lethal mutations.

السلاسل الأليلية allelic series أو الأليلات المتعددة

على الرغم من أن الكائنات ضعفانية الصيغة الصبغية تمتلك أليلين فقط لكل جين تمتلك بعض الجينات عدداً كثيراً من الأليلات الموزعة عشوائياً بين أفراد المجتمع. وإن من أبسط الأمثلة على ذلك أليلات زمرة الدم blood group، ففي مجتمعات البشر ثلاثة أليلات يرمز إليها بـ و وi، ويسود الأليلان الأولان على الأليل المتنحي i الذي لا ينتج أي بروتين وظيفي. وهكذا تكون زمرة الدم الزمرة A، ولها نمطان وراثيان ( أو)، أو الزمرة B ( أو)، أو الزمرة، أو الزمرة .

وهناك مثال آخر يخص الجين المسؤول عن لون جلد الثدييات وفروها: الجين C يُرمّز إنزيم التيروزينازtyrosinase الذي يتواسط إحدى خطوات تصنيع صباغ الميلانين melanin الذي يُعطي لون الفرو والجلد. يمتلك الجين C عدداً كبيراً جداً من الأليلات التي تُظهر: سيادةً كاملةً أو تنحّياً كاملاً أو سيادةً ناقصة أو مشتركة بحسب فعالية التيروزيناز المُرمّز بها، وينجم عن التهجين سلاسل متدرّجة من الأنماط الظاهرية (الألوان)؛ بحيث تسمى بالسلاسل الأليلية. ولتوضيح ذلك سيُركَّز على أربعة من أليلات الجين C هي: الأليل C السائد كليّاً، ويعطي لون الفراء البني المنتشر لدى الأرانب؛ الأليل الذي يعطي لوناً رمادياً؛ الأليل يعطي لون أرنب الهيمالايا؛ الأليل c المتنحي كلياً يعطي لون الفرو الأبيض. وتكون السيادة متدرجة على النحو ؛ بحيث تكون الأنماط الجينية المحتملة كما هو موضّح في الشكل (8).

الشكل (8) الأنماط الجينية المحتملة والأنماط الظاهرية لأربعة أنواع من الأرانب.

الصفات المرتبطة بالجنس وأليلاتها: يمكن في مَعرِض الحديث عن الصفات المرتبطة بالجنس sex-linked traits التفريق بين ثلاثة أنواع، وهي:

1- صفات مرتبطة بالصبغي X: X-linked traits

تتمثل بصفاتٍ تتبع أليلات توجد على الصبغي الجنسي X، كعاملي التخثر الثامن والتاسع لدى الإنسان، ويشاهد نتيجة ذلك فارق واضح بين الجنسين في معدّل الإصابة الناجمة عن الطفرات في الأليلات المسؤولة عن تلك الصفات، حيث تمتلك الأنثى صبغيي X، في حين يمتلك الذكر صبغي X واحداً فقط.

2- صفات محصورة بالجنس: sex- traits limited

وهي صفات ظاهرية تقتصر على أحد الجنسين فقط, ترتبط بأليلات تتوضع على الصبغيات الجسمية autosomes إلّا أن التعبير المورّثي عن تلك الأليلات- ومن ثمَّ ظهور الصفات الظاهرية- مرتبطٌ ارتباطاً وثيقاً بالهرمونات الجنسية التي تختلف بين الجنسين، ومثال عنها صفة تطوّر الثدي والمبيض لدى الإناث، وصفة تكوّن القرون لدى ذكور بعض أنواع الحيوانات.

3- الصفات المتأثّرة بالجنس sex-influenced traits:

يُذكر مثال عنها صفة الصلع baldness التي تظهر عند البشر الذكور، ولها الأليلان نفسهما عند كلا الجنسين: أليل سائد B وأليل متنحٍّ b، بحيث يكون صاحب النمط الجيني BB ذا شعر كثيف سواء كان ذكراً أم أثنى، وصاحب النمط الجيني bb أصلع إن كان ذكراً، وخفيف الشعر إن كان أنثى. أما النمط المتخالف اللواقح Bb فيشاهد فيه الاختلاف الجوهري بين الجنسين، حيث يكون الذكر أصلع، والأنثى كاملة الشعر. بمعنىً آخر يتصرف الأليل b لدى الذكر كأنه أليل سائد، في حين يتصرف الأليل B لدى الأنثى كأليل سائد، وذلك بسبب اختلاف تأثّر النمط الظاهري بالهرمونات الجنسية النوعيّة لدى الجنسين.

وبالنتيجة تختلف الصفات الظاهرية لدى الأفراد باختلاف نمط الأليلات التي تمتلكها جيناتها، وباختلاف شكل التآثر بين تلك الأليلات فيما بينها؛ إضافةً إلى تأثّر الجينات بالعوامل غير الجينية مثل: الهرمونات والبيئة المحيطة.

مراجع للاستزادة:

-WS. Klug,MR.Cummings,CA. Spencer,MA. Palladino, Concepts of Genetics, Pearson Ltd, IL, USA.2012.

-P. Snustad , MJ. Simmons, Principles of Genetics, Wiley Inc., NJ, USA.2012.