ارتباط الجينات

كيفية وراثة الجينات:

الكائنات الحية لديها جينات أكثر بكثير من الكروموسومات، على سبيل المثال نحن البشر لدينا ما يقرب من 19,000 جين على 23 كروموسوم موجود في مجموعتين، وبالمثل فإن ذبابة الفاكهة المتواضعة وهي موضوع الدراسة المفضل لعلماء الوراثة حيث تحتوي على حوالي 13,000 جين على 4 كروموسوم موجود أيضًا في مجموعتين، بحيث لن يحصل كل جين على الكروموسوم الخاص به، وفي الواقع سيتم اصطفاف عدد غير قليل من الجينات في صف واحد على كل كروموسوم وسوف يتم سحق بعضها بالقرب من بعضها البعض.

يؤثر  هذا على كيفية وراثة الجينات، حيث تميل الجينات القريبة من بعضها البعض بشكل كافٍ على الكروموسوم إلى الالتصاق ببعضها البعض، وتميل نسخ الأليلات من تلك الجينات الموجودة معًا على الكروموسوم إلى أن يتم توريثها كزوج في كثير من الأحيان، وهذه الظاهرة تسمى الارتباط الجيني، بحيث عندما يتم ربط الجينات فإن التهجينات الجينية التي تتضمن تلك الجينات ستؤدي إلى تحديد نسب من أمشاج البويضة والحيوانات المنوية وأنواع النسل.

ما هو الارتباط الجيني؟

تصنف الجينات عندما تكون على كروموسومات منفصلة أو متباعدة جدًا على نفس الكروموسوم بانها مستقلة، أي عندما تنتقل الجينات إلى الأمشاج فإن الأليل المستلم لجين واحد لا يؤثر على الأليل المستلم من الآخر، وفي كائن حي مزدوج متغاير الزيجوت (AaBb) ينتج عن هذا تكوين أربعة أنواعًا ممكنة من الأمشاج بتردد متساوٍ 25 بالمائة.

تصنف الجينات الموجودة على الكروموسومات المنفصلة بشكل مستقل بسبب التوجه العشوائي لأزواج الكروموسومات المتماثلة أثناء الانقسام الاختزالي، والكروموسومات المتماثلة هي كروموسومات مقترنة تحمل نفس الجينات، ولكن قد يكون لها أليلات مختلفة من تلك الجينات، ويأتي أحد أعضاء كل زوج متماثل من أم الكائن والآخر من والده.

يتم فصل متماثلات كل زوج في المرحلة الأولى من الانقسام الاختزالي، في هذه العملية يكون الجانب الذي ينتقل إليه كروموسومات الأب والأم من كل زوج عشوائيًا، وعندما نتبع جينين ينتج عن ذلك أربعة أنواع من الأمشاج التي يتم إنتاجها بتردد متساوٍ.

عندما تكون الجينات على نفس الكروموسوم، ولكن متباعدة جدًا فإنها تتنوع بشكل مستقل بسبب العبور إعادة التركيب المتماثل، وهذه عملية تحدث في بداية الانقسام الاختزالي، حيث تتبادل الكروموسومات المتجانسة بشكل عشوائي شظايا متطابقة، ويمكن أن يؤدي العبور إلى تجميع الأليلات الجديدة معًا على نفس الكروموسوم، مما يؤدي إلى انتقالها إلى نفس المشيج، وعندما تكون الجينات متباعدة يحدث العبور في كثير من الأحيان بما يكفي لإنتاج جميع أنواع الأمشاج بنسبة 25 في المائة من التردد.

عندما تكون الجينات قريبة جدًا من بعضها على نفس الكروموسوم لا يزال العبور يحدث لكن النتيجة من حيث أنواع الأمشاج المنتجة مختلفة، إذ بدلاً من التصنيف بشكل مستقل تميل الجينات إلى الالتصاق ببعضها البعض أثناء الانقسام الاختزالي، بمعنى أن أليلات الجينات الموجودة بالفعل معًا على كروموسوم سوف تميل إلى أن تنتقل كوحدة إلى الأمشاج، وفي هذه الحالة تكون الجينات مرتبطة.

يمكن رؤية أنواع الأمشاج الموجودة بنسب غير متكافئة للغاية، حيث تحتوي الأنواع الشائعة من الأمشاج على تكوينات أبوية للأليلات؛ أي تلك التي كانت معًا بالفعل على الكروموسوم في الكائن الحي قبل الانقسام الاختزالي على الكروموسوم الذي حصل عليه من والديه.

تحتوي الأنواع النادرة من الأمشاج على تكوينات مؤتلفة من الأليلات أي تلك التي لا يمكن أن تتشكل إلا إذا حدث إعادة التركيب (التقاطع) بين الجينات، كما تعتبر أنواع الأمشاج المؤتلفة نادرة ويعود السبب الأساسي هو أن عمليات الانتقال بين جينين متقاربين ليست شائعة جدًا.

تحدث عمليات الانتقال أثناء الانقسام الاختزالي في مواضع عشوائية إلى حد ما على طول الكروموسوم، لذا فإن تواتر عمليات الانتقال بين جينين يعتمد على المسافة بينهما، بحيث المسافة القصيرة جدًا هي بشكل فعال هدف صغير جدًا لأحداث التقاطع، مما يعني أن عددًا قليلاً من هذه الأحداث سيحدث مقارنة بعدد الأحداث بين جينين متباعدين.

بفضل هذه العلاقة يمكننا استخدام تواتر أحداث إعادة التركيب بين جينين أي درجة الارتباط الجيني لتقدير المسافة النسبية بينهما على الكروموسوم، وسيكون لجينين متقاربين جدًا عدد قليل جدًا من أحداث إعادة التركيب وسيكونان مرتبطين بإحكام، في حين أن الجينين المتباعدين قليلاً سيكون لهما المزيد من أحداث إعادة التركيب ويكونان أقل ارتباطًا.

البحث عن تردد إعادة التركيب:

إذا أردنا قياس تواتر إعادة التركيب بين هذه الجينات نحتاج أولاً إلى بناء ذبابة يمكننا من خلالها ملاحظة إعادة التركيب، أي أننا نحتاج إلى صنع ذبابة ليست فقط متغايرة الزيجوت لكلا الجينين، ولكن أين يعرف بالضبط أي الجينات موجودة معًا على الكروموسوم وللقيام بذلك يمكن البدء بعبور ذبابين متماثلين.

يعطي هذا التقاطع بالضبط الحاجة لملاحظة إعادة التركيب بحيث ذبابة غير متجانسة للجينات الأرجوانية والأثرية والتي نعرف فيها بوضوح أي الأليلات موجودة معًا على كروموسوم واحد، كذلك الحاجة إلى طريقة لرؤية أحداث إعادة التركيب، وسيكون النهج الأكثر مباشرة هو النظر إلى الأمشاج التي تصنعها الذبابة غير المتجانسة ومعرفة الأليلات الموجودة على كروموسوماتها.

من الناحية العملية من الأسهل بكثير استخدام هذه الأمشاج في تقاطع ومعرفة شكل النسل، وللقيام بذلك يمكن عبور ذبابة متغايرة الزيجوت مع جهاز اختبار ذبابة متنحية متماثلة اللواقح لجميع الجينات المعنية، والغرض من استخدام جهاز اختبار هو التأكد من أن الأليلات التي يوفرها الوالد غير المختبِر تحدد تمامًا النمط الظاهري أو المظهر للنسل، وعندما نعبر ذبابة الاهتمام إلى أحد المختبرين يمكن مباشرة قراءة النمط الجيني لكل مشيج من المظهر المادي للنسل.

 يمكن رؤية مربع بانيت المُعدّل الذي يُظهر نتائج التقاطع بين ذبابة مزدوجة متغايرة الزيجوت وذبابة اختبار، حيث يتم إنتاج أربعة أنواع مختلفة من البيض بواسطة ذبابة أنثى متغايرة الزيجوت كل منها يتحد مع حيوان منوي من ذبابة اختبار الذبابة، كما يتم إنتاج أربع فئات مختلفة من النسل على أساس المظهر في هذا التهجين كل منها يتوافق مع مشيج معين من الوالد الأنثوي.

لا يتم إنتاج الفئات الأربعة للنسل بأعداد متساوية، مما يخبر أن الجينات الأرجوانية والأثرية مرتبطة ببعضها البعض، وكما يتوقع بالنسبة للجينات المرتبطة يتم تمثيل تكوينات كروموسوم الوالدين بشكل مفرط في النسل، بينما تكون تكوينات الكروموسوم المؤتلف ممثلة تمثيلاً ناقصًا لقياس الارتباط كميًا، ويمكن حساب تردد إعادة التركيب (RF) بين الجينات الأرجواني والأثرية.