مفهوم علم ما فوق الجينات:
قدمت الدراسات التي تتعلق بآلية تكرار الحمض النووي إطارًا رئيسيًا لفهم الانتقال الجيني من خلال دورات خلايا متعددة، حيث بدأ العمل الأخير في اكتساب نظرة ثاقبة للوسائل الممكنة لضمان النقل المستقر للمعلومات بما يتجاوز الحمض النووي فقط وأدى إلى مفهوم الوراثة اللاجينية.
بالنظر إلى المعلومات المستندة إلى الكروماتين نشأ المرشحون الرئيسيون كعلامات لاجينية بما في ذلك تعديلات الحمض النووي والهيستون ومتغيرات هيستون وبروتينات كروماتين غير هيستون والحمض النووي الريبي النووي، بالإضافة إلى تنظيم الكروماتين عالي المستوى، إن فهم ديناميكيات واستقرار هذه العلامات من خلال دورة الخلية أمر بالغ الأهمية في الحفاظ على حالة كروماتين معينة.
تتعلق الوراثة اللاجينية بالآليات التي تضمن انتقال العلامات اللاجينية من الأم إلى الخلية البنت، حيث تعد تعديلات الكروماتين والتنظيم النووي مرشحة للعلامات اللاجينية سواء كانت تفي بمعيار التوريث والآليات التي تضمن انتشارها مجال بحث مكثف، إذ يتحدى مرور شوكة النسخ المعلومات الوراثية والتخلقية اعتمادًا على طبيعة العلامة اللاجينية، ويمكن ضمان ميراثها بطريقة مقترنة بالنسخ المتماثل أو في الوقت المناسب يتم فصلها عن الحدث التخريبي.
يتم توريث مثيلة الحمض النووي عند شوكة النسخ بطريقة شبه محافظة، حيث تؤثر إعادة توزيع الهستونات الأبوية جنبًا إلى جنب مع التعديلات الأبوية عند مفترق الطرق على نقل المعلومات، إذ أن مرافق هيستون لها دور مهم في التحكم في ديناميات هيستون عند مفترق الطرق والحفاظ على مثيلة الحمض النووي وتعديلات هيستون مترابطة في شوكة النسخ المتماثل.
يتم توريث متغير هيستون H3 الخاص بالوسط (CENP-A) في البشر بطريقة غير قابلة للنسخ المتماثل، حيث يتم ترسيب (CENP-A) الجديد في المرحلة النهائية المتأخرة G1، مما يبرز نافذة جديدة للوراثة أثناء دورة الخلية، وتتضمن استعادة الكروماتين المتغاير اللامركزي بعد مرور شوكة النسخ آلية تعتمد على تداخل الحمض النووي الريبي في خميرة الانشطار، بينما تشير أدلة الثدييات إلى أن آلية صيانة مثيلة الحمض النووي وعوامل تجميع الكروماتين ومعدلات الهيستون تعمل بطريقة منسقة لضمان صيانة الكروماتين المتغاير، كما أن إعادة البرمجة أثناء التطوير تسلط الضوء على قابلية عكس الحالات اللاجينية.
ما هي الوراثة اللاجينية؟
في السنوات الأخيرة تم تحدي الاعتقاد بأن الشفرة الجينية هي الأساس الوحيد للوراثة البيولوجية من خلال اكتشاف الوراثة اللاجينية عبر الأجيال، حيث يمكن أن تستمر الأنماط الظاهرية المستحثة بيئيًا بهذه الطريقة لعدة أجيال بسبب انتقال العوامل الجزيئية التي تحدد كيفية قراءة الحمض النووي والتعبير عنه.
تعمل عملية التنظيم اللاجيني للتعبير الجيني أثناء تمايز الخلايا الجسدية، وكذلك استجابة للإشارات والضغوط البيئية ويمثل انتقال هذه التعديلات إلى النسل وراثة لاجينية، في حين أن مصطلح علم التخلق تمت صياغته لأول مرة منذ 76 عامًا إلا أن هذا المجال لم يكتسب طفرة إلا مؤخرًا بسبب الظهور طرق التسلسل الحديثة، حيث سلطت هذه التطورات التكنولوجية الضوء على دور وأهمية عدد من الآليات القريبة للوراثة اللاجينية بما في ذلك مثيلة الحمض النووي وتعديل هيستون ونقل الحمض النووي الريبي الصغير.
هناك نقص عام في الاتساق فيما يتعلق بتعريف الوراثة اللاجينية المستخدمة، ولكن يعتمد التعريف الواسع لـ (Burggren) ونعتبر الوراثة اللاجينية عبر الأجيال بمثابة الميراث غير الجيني للنمط الظاهري المعدل عبر الأجيال بدون التركيز على آلية محددة، إذ يمكّننا هذا التعريف من التركيز على العواقب التطورية للوراثة اللاجينية.
ينصب التركيز بشكل عام على القوى التطورية التي تختار الوراثة اللاجينية وتكاليفها وأهميتها للتكيف على وجه الخصوص، كذلك يسلط الضوء على وجه التحديد على تأثيرات الوراثة اللاجينية عبر الأجيال الأبوية، والتي لم تحظ حتى الآن سوى باهتمام ضئيل نسبيًا.
تطور علم ما فوق الجينات:
التأثيرات اللاجينية ليست شائعة فحسب بل يمكن أن تكمن أيضًا في العديد من جوانب التطور وتؤثر عليها، وهذا صحيح لكل من التأثيرات اللاجينية التي يتم التعبير عنها فقط خلال جيل واحد وكذلك على الوراثة اللاجينية عبر الأجيال، باستخدام الصيغة الجينية الكمية لتقسيم التباين الظاهري، فإنها تظهر أن الآليات اللاجينية يمكن أن تكمن وراء أو تؤثر على جميع معلماته.
علاوة على ذلك إذا كانت مثل هذه التحويرات اللاجينية وراثية أيضًا فيمكن تفسيرها خطأً على أنها تباين جيني وبالتالي، فإن الوجود الواسع النطاق للعلامات اللاجينية في المجموعات الطبيعية يمثل تحديًا للباحثين الذين يهدفون إلى استنتاج المعلمات الجينية الكمية أو تقدير الاختلاف السكاني في الصفات الكمية.
في حين أنه من المعروف جيدًا أن اللدونة المظهرية يمكن أن تسبب أوجه تشابه بين الأفراد التي لا تستند إلى التشابه الجيني، يمكن أن ينطبق الشيء نفسه أيضًا على الوراثة اللاجينية للصفات، إذ يستعرض المؤلفون تطور تصميمات التربية والتحليلات التي تهدف إلى فصل التباين اللاجيني عن التباين الوراثي الكلي، ولكنهم يسلطون الضوء أيضًا على أن التحويرات اللاجينية لا تزال تؤثر على المعلمات الجينية الكمية المتبقية.
الوراثة اللاجينية التكيفية:
في حين أن الوراثة اللاجينية موثقة جيدًا، فإن الأهمية التكيفية إن وجدت لنظام الوراثة التكميلي هذا تظل غامضة، ونظرًا لأنه يشكل وراثة النمط الظاهري المستحث بيئيًا يجب أن تعتمد قيمته التكيفية على ما إذا كانت البيئات قابلة للتنبؤ عبر الأجيال.
في بيئة متقلبة ببطء حيث يكون طول الدورة أطول من وقت التوليد قد تعمل البيئة الأبوية كمؤشر موثوق لظروف نمو النسل، وبالتالي يمكن أن يتطور الوراثة اللاجينية كأثر استباقي، في حين أن النظرية الأساسية متطورة جيدًا فإن إجراء اختبارات مباشرة لهذا التنبؤ المركزي قد يكون صعبًا لأنه سيتطلب مقارنة درجة الوراثة اللاجينية في المجموعات السكانية التي تتطور في البيئات التي يُتوقع اختيارها مع أو ضد الوراثة اللاجينية ومع ذلك، هناك بعض الظواهر التي تتناسب مع تنبؤات هذه النماذج النظرية.
الوراثة اللاجينية والإمكانات التطورية:
قد تكون الوراثة اللاجينية مهمة للتكيف خاصة في الحالات التي يكون فيها التباين الجيني المتاح محدودًا، بحيث أولاً يمكن للوراثة اللاجينية مثل اللدونة المظهرية أن تمكن من البقاء في بيئات جديدة قبل أن يتطور التكيف الجيني، ثانيًا يُقدَّر معدل المكاسب والخسائر العفوية للمواقع الميثيلية الفردية أي معدل التكاثر بأنه أعلى بكثير من معدل الطفرات الجينية، مما يخلق تنوعًا وراثيًا جديدًا يمكنه في النهاية تمكين التكيف، وبالنسبة للمجموعات الصغيرة ذات الاختلاف الجيني المحدود أو الكائنات الحية اللاجنسية يمكن أن يكون التباين اللاجيني مصدرًا رئيسيًا للتنوع الوراثي الذي يمكن أن يتيح التكيف مع البيئات الجديدة.
