إعادة التركيب والعبور

ما هو إعادة التركيب والعبور:

تسمى الجينات الموجودة على نفس الكروموسوم الجينات المرتبطة؛ لأنها تلتصق ببعضها البعض، ولا يمكن للتشكيلة المستقلة إعادة ترتيب الأليلات المرتبطة (الموجودة في نفس الكروموسوم)، إذ يعيد العبور ترتيب توليفة الأليلات داخل الكروموسوم، مما يضيف إلى الاختلاف الجيني المحتمل الموجود بين الأفراد.

كلما كان الجينان بعيدان عن بعضهما البعض زادت فرصة العبور في مكان ما بين الاثنين وبالمثل، إذا كان الجينان قريبان جدًا من بعضهما البعض فإن فرصة العبور التي تحدث بينهما تكون أقل بكثير، بحيث عندما تنفصل الكروموسومات الناتجة أخيرًا يشار إلى تلك التي تحتوي على توليفات جديدة من الأليلات على أنها كروموسومات مؤتلفة، حيث يولد العبور مزيجًا جديدًا من الأليلات داخل الكروموسوم.

السنترومير:

السنترومير هو منطقة على كروموسوم تنضم إلى الكروماتيدات الشقيقة، حيث إن الكروماتيدات الشقيقة هي كروموسومات مزدوجة الشريطة مكررة تتشكل أثناء انقسام الخلية، إذ تتمثل الوظيفة الأساسية للسينترومير في العمل كمكان للتعلق بألياف المغزل أثناء انقسام الخلية، ويقوم جهاز المغزل بإطالة الخلايا وفصل الكروموسومات؛ للتأكد من أن كل خلية ابنة جديدة لديها العدد الصحيح من الكروموسومات عند الانتهاء من الانقسام والانقسام الاختزالي.

يتكون الحمض النووي في المنطقة المركزية للكروموسوم من كروماتين معبأ بإحكام يعرف باسم الهيتروكروماتين، حيث أن  الهيتروكروماتين مكثف للغاية وبالتالي لا يتم نسخه، ونظرًا لتكوين الكروماتين المغاير فإن منطقة السنترومير تصبغ بشكل أكثر قتامة بالأصباغ أكثر من المناطق الأخرى في الكروموسوم.

موقع (Centromere): لا يوجد السنترومير دائمًا في المنطقة المركزية للكروموسوم، وقد توجد السنتروميرات بالقرب من المنطقة الوسطى للكروموسوم أو في عدد من المواضع على طول الكروموسوم:

• تقع الكواكب المركزية بالقرب من مركز الكروموسوم.

• لا توجد مركزات مركزية غير مركزية بحيث يكون أحد الذراعين أطول من الآخر.

• تقع السنتروميرات غير المركزية بالقرب من نهاية الكروموسوم.

• تم العثور على سنتروميرات مركزية في نهاية أو منطقة التيلومير من الكروموسوم.

إعادة التركيب الجيني:

يشير إعادة التركيب الجيني إلى عملية إعادة اتحاد الجينات؛ لإنتاج مجموعات جينية جديدة تختلف عن تلك الخاصة بأي من الوالدين، حيث ينتج عن إعادة التركيب الجيني تنوع جيني في الكائنات الحية التي تتكاثر جنسياً، إذ أنه في إعادة التركيب مقابل العبور يحدث إعادة التركيب الجيني نتيجة فصل الجينات الذي يحدث أثناء تكوين الأمشاج في الانقسام الاختزالي والتوحيد العشوائي لهذه الجينات عند الإخصاب، ونقل الجينات الذي يحدث بين أزواج الكروموسومات في عملية تعرف باسم العبور.

يسمح العبور للأليلات الموجودة على جزيئات الحمض النووي بتغيير المواضع من جزء كروموسوم متماثل إلى آخر، وإعادة التركيب الجيني مسؤول عن التنوع الجيني في الأنواع أو السكان على سبيل المثال للعبور، حيث يمكن التفكير في قطعتين من حبل طويل القدمين ملقاة على طاولة مصطفتين بجانب بعضهما البعض، إذ كل قطعة من الحبل تمثل كروموسوم، واحد أحمر وواحد أزرق.

عند عبر قطعة على الأخرى لتشكيل “X” أثناء تقاطع الحبال يحدث شيء مثير للاهتمام: قطع جزء من بوصة واحدة من أحد طرفي الحبل الأحمر، حيث يقوم بتبديل الأماكن بقطعة واحدة موازية لها على الحبل الأزرق لذا، يبدو كما لو أن خيطًا طويلًا من الحبل الأحمر به جزء من بوصة واحدة من اللون الأزرق في نهايته وبالمثل، فإن الحبل الأزرق به جزء من بوصة واحدة من اللون الأحمر في نهايته.

هيكل الكروموسوم:

توجد الكروموسومات داخل نواة الخلايا وتتكون من الكروماتين (كتلة من المادة الوراثية تتكون من الحمض النووي الملتف بإحكام حول بروتينات تسمى الهستونات)، وعادة ما يكون الكروموسوم أحادي الجديلة ويتكون من منطقة مركزية تربط منطقة ذراع طويلة (q arm) بمنطقة ذراع قصيرة (ذراع p).

توجد الكروموسومات في نواة الخلية، إذ توجد معظم الوقت على شكل هياكل أحادية الجديلة تتشكل من كروماتين مكثف، إذ يتكون الكروماتين من مجمعات من البروتينات الصغيرة المعروفة باسم الهيستونات والحمض النووي، حيث قبل الانقسام الخلوي تتكاثر الكروموسومات أحادية الجديلة؛ لتشكيل هياكل مزدوجة الشريطة على شكل X تُعرف باسم الكروماتيدات الشقيقة.

استعدادًا للانقسام الخلوي تقوم إزالة كثافة الكروماتين بتشكيل كروماتين حقيقي أقل ضغطًا، حيث يسمح هذا الشكل الأقل ضغطًا للحمض النووي بالاسترخاء، بحيث يمكن أن يحدث تكرار الحمض النووي، ومع تقدم الخلية خلال دورة الخلية من الطور البيني إلى الانقسام أو الانقسام الاختزالي يصبح الكروماتين مرة أخرى مغايرًا محكمًا، إذ تتكثف ألياف الكروماتين المتغايرة المكررة أكثر لتشكيل كروماتيدات شقيقة.

تظل الكروماتيدات الشقيقة متصلة حتى طور الانقسام أو الطور الثاني للانقسام الاختزالين ويضمن فصل الكروماتيدات الشقيقة حصول كل خلية ابنة على العدد المناسب من الكروموسومات بعد الانقسام في البشر، ستكون كل خلية ابنة انقسامية عبارة عن خلية ثنائية الصبغيات تحتوي على 46 كروموسومًا، وستكون كل خلية ابنة انتصافية أحادية العدد تحتوي على 23 كروموسومًا.

في ازدواجية الكروموسومات عندما تدخل الخلية دورة الخلية تتضاعف كروموسوماتها عبر تكرار الحمض النووي استعدادًا لانقسام الخلية، حيث يتكون كل كروموسوم مكرر من اثنين من الكروموسومات متطابقة تسمى الكروماتيدات الشقيقة والمتصلة بمنطقة السنترومير، وأثناء انقسام الخلية تشكل الكروموسومات مجموعات زوجية تتكون من كروموسوم واحد من كل والد، وهذه الكروموسومات المعروفة باسم الكروموسومات المتجانسة متشابهة في الطول وموضع الجين وموقع السنترومير.

العبور في الانقسام الاختزالي:

يحدث إعادة التركيب الجيني الذي يتضمن العبور خلال المرحلة الأولى من الانقسام الاختزالي في إنتاج الخلايا الجنسية، تصطف الأزواج المضاعفة من الكروموسومات (الكروماتيدات الشقيقة) المتبرع بها من كل والد معًا بشكل وثيق معًا؛ لتشكل ما يسمى رباعي ويتكون الرباعي من أربعة كروماتيدات.

نظرًا لأن الكروماتيدات الشقيقة متوائمة على مقربة من بعضها البعض، ويمكن لكروماتيد واحد من كروموسوم الأم أن يتقاطع مع كروماتيد من كروموسوم الأب وتسمى هذه الكروماتيدات المتقاطعة بـ(chiasma)، ويحدث العبور عندما ينكسر التصالب وتتحول أجزاء الكروموسوم المكسورة إلى كروموسومات متجانسة، إذ يتم ربط جزء الكروموسوم المكسور من كروموسوم الأم بالكروموسوم الأبوي المتماثل والعكس صحيح، في نهاية الانقسام الاختزالي ستحتوي كل خلية أحادية الصيغة الصبغية على واحد من أربعة كروموسومات، وستحتوي اثنتان من الخلايا الأربع على كروموسوم مؤتلف واحد.

عبور في الانقسام في الخلايا حقيقية النواة (تلك التي تحتوي على نواة محددة)، حيث يمكن أن يحدث العبور أيضًا أثناء الانقسام، وتخضع الخلايا الجسدية (الخلايا غير الجنسية) للانقسام الفتيلي لإنتاج خليتين متميزتين مع مادة وراثية متطابقة، على هذا النحو، فإن أي تقاطع يحدث بين الكروموسومات المتماثلة في الانقسام الفتيلي لا ينتج توليفة جديدة من الجينات.

الكروموسومات غير المتجانسة:

الكروماتيدات الشقيقة نسختان متطابقتان من كروموسوم واحد مكرر متصل بواسطة (centromer)، حيث يحدث تكرار الكروموسوم أثناء الطور البيني لدورة الخلية ويتم تصنيع الحمض النووي أثناء المرحلة S أو مرحلة التوليف من الطور البيني؛ للتأكد من أن كل خلية تنتهي بالعدد الصحيح من الكروموسومات بعد انقسام الخلية.

يتم تثبيت الكروماتيدات المقترنة معًا في منطقة السنترومير بواسطة حلقة بروتين خاصة وتظل متصلة حتى مرحلة لاحقة في دورة الخلية، إذ تعتبر الكروماتيدات الشقيقة كروموسوم واحد مكرر، ويمكن أن يحدث إعادة التركيب الجيني أو العبور بين كروماتيدات شقيقة أو كروماتيدات غير شقيقة (كروماتيدات لكروموسومات متماثلة) أثناء الانقسام الاختزالي، بحيث في العبور يتم تبادل مقاطع الكروموسوم بين الكروماتيدات الشقيقة على الكروموسومات المتجانسة.

يمكن أن ينتج عن عبور ذلك الذي يحدث في الكروموسومات غير المتجانسة نوعًا من طفرة الكروموسومات المعروفة باسم الانتقال، إذ يحدث الإزاحة عندما ينفصل جزء من الكروموسوم عن أحد الكروموسومات وينتقل إلى موضع جديد على كروموسوم آخر غير متماثل، ويمكن أن يكون هذا النوع من الطفرات خطيرًا؛ لأنه غالبًا ما يؤدي إلى نمو الخلايا السرطانية.

يحدث إعادة التركيب في خلايا بدائية النواة مثل البكتيريا أحادية الخلية بدون نواة، إذ تخضع أيضًا لإعادة التركيب الجيني على الرغم من أن البكتيريا تتكاثر بشكل شائع عن طريق الانشطار الثنائي إلا أن طريقة التكاثر هذه لا تنتج اختلافًا جينيًا في إعادة التركيب البكتيري، حيث يتم دمج الجينات من بكتيريا واحدة في جينوم بكتيريا أخرى من خلال العبور، وتتم إعادة التركيب البكتيري من خلال عمليات الاقتران أو التحويل، وفي الاقتران تربط إحدى البكتيريا نفسها بأخرى من خلال هيكل أنبوب بروتيني يسمى بيلوس، إذ تنتقل الجينات من بكتيريا إلى أخرى من خلال هذا الأنبوب.

في عملية التحول تأخذ البكتيريا الحمض النووي من بيئتها، وغالبًا ما تنشأ بقايا الحمض النووي في البيئة من الخلايا البكتيرية الميتة، أما في عملية النقل يتم تبادل الحمض النووي البكتيري من خلال فيروس يصيب البكتيريا المعروفة باسم العاثية، حيث بمجرد استيعاب البكتيريا للحمض النووي الغريب عن طريق الاقتران أو التحويل، يمكن للبكتيريا إدخال أجزاء من الحمض النووي في الحمض النووي الخاص بها، ويتم نقل الحمض النووي عن طريق العبور وينتج عنه تكوين خلية بكتيرية مؤتلفة.