شارح الدرس: الاضطرابات الوراثية الأحياء

مثال ١: تعريف الأليلات المتنحية من خلال التليُّف الكيسي

التليُّف الكيسي اضطراب وراثي يسبِّبه أليل متنحٍّ. أيٌّ ممَّا يلي يوضِّح ما يعنيه ذلك؟

1. يجب أن يحمل الشخص نسختين من الأليل لكي يُعبَّر عن التليُّف الكيسي في النمط الظاهري.
2. يؤثِّر التليُّف الكيسي على النسل مرة واحدة فقط كل جيلين.
3. يمكن أن يحمل الشخص أكثر من نسخة واحدة من الأليل دون أن يُصاب بالتليُّف الكيسي.
4. يجب أن يحمل الشخص ثلاث نسخ من الأليل لكي يُعبَّر عن التليُّف الكيسي في النمط الظاهري.
5. يُعبَّر عن المرض في النمط الظاهري للشخص حتى إذا احتوى نمطه الجيني على أليل واحد فقط.

الحل

الأليلات نسخ مختلفة من الجين نفسه. وتُعَد الأليلات مسئولة عن تحديد كثير من الصفات الموروثة جينيًا، مثل لون العينين ولون الشعر الطبيعي، ولكن، قد ينتج عن بعض الأليلات أيضًا وراثة للأمراض الوراثية. ينتج مرض التليُّف الكيسي عن حدوث طفرة في جين CFTR، ويؤدِّي إلى حدوث مشكلات مثل تراكم المخاط في الجهازين التنفسي والهضمي.

يحمل الشخص أليلين لكل جين في تركيبه الجيني، أو «نمطه الجيني». والأليلات المتنحية هي أليلات لا يمكن التعبير عنها في صفات الشخص، أو نمطه الظاهري، إلا في حال وجود نسختين منها، أو في حال عدم وجود أليل سائد. ويُعبَّر عن الأليلات السائدة حتى إذا وُجِدت نسخة واحدة فقط منها في النمط الجيني للشخص. يمكن أن يحمل شخص ما كلًّا من الأليل السائد المُعبَّر عنه، الذي يسمح لجين CFTR بأن يؤدِّي وظيفته على نحو صحيح، والأليل المتنحي الذي يسبِّب مرض التليُّف الكيسي ولا يُعبَّر عنه. الأمراض التي تسبِّبها أليلات متنحية لن «تتخطَّى» الأجيال بالضرورة. يوضِّح المخطَّط الآتي كيف يمكن لنسل شخص مُصاب بالتليُّف الكيسي أن يرث أيضًا الأليلات؛ ومن ثَمَّ يرث المرض.

فإذا ورث الطفل أليل تليُّف كيسي واحدًا من الأب المصاب بالتليُّف الكيسي، وأليلًا واحدًا من الأم، فسيحمل أليلين متنحيين في نمطه الجيني؛ ومن ثَمَّ، يُصاب بالمرض أيضًا.

إذن الخيار الصحيح الوحيد من بين الخيارات الموضَّحة هو أنه يجب أن يحمل الشخص نسختين من أليل التليُّف الكيسي لكي يُعبَّر عنه في نمطه الظاهري.

مثال ٢: تفسير مربع بونت لتوضيح وراثة مرض وراثي

تاي ساكس مرض وراثي يسبِّبه الأليل المتنحي (t). يوضِّح مربع بونت الأنماط الجينية لذكر وأنثى، والأنماط الجينية المتوقَّعة لنسلهم. ما احتمال أن يرث طفل مولود لهذين الأبوين مرض تاي ساكس بالنسبة المئوية؟

الحل

للإجابة عن هذا السؤال، علينا أولًا أن نتعرَّف على بعض المصطلحات الأساسية. الأليلات هي نسخ مختلفة لنفس الجين، ويحمل الفرد أليلين لكل صفة يتحكَّم فيها جين. الأليلات المتنحية هي أليلات لا يمكن التعبير عنها إلا في حال وجود نسختين منها، أو في حال عدم وجود أليل سائد، في حين يُعبَّر عن الأليلات السائدة حتى في حال وجود نسخة واحدة منها فقط. يرث الطفل أليلًا واحدًا لصفة معيَّنة من أمه وأليلًا آخر من أبيه. النمط الجيني للشخص هو تركيب الأليلات الذي يحمله، وهو ما يظهر في الخانات المركزية لمربعات بونت.

مربع بونت هو مخطَّط مفيد للغاية يوضِّح احتمال وراثة نسل زوجين لأليلات معيَّنة. من المهم أن نلاحظ أن هذا الاحتمال يتعلَّق بكل طفل يُولَد لهذين الأبوين، وليس لكل أربعة أطفال مولودين.

إذا نظرنا إلى مربع بونت في السؤال، فسنجد أن الأنماط الجينية المحتملة لكل طفل مولود لهذين الأبوين هي TT وTt وTt وtt. ولكي نبسِّط ذلك، نجد أنه لكل طفل مولود يُوجَد احتمال بنسبة 1 إلى 4 أن يحمل النمط الجيني TT، واحتمال بنسبة 2 إلى 4 أن يحمل النمط الجيني Tt، واحتمال بنسبة 1 إلى 4 أن يحمل النمط الجيني tt.

ينص السؤال على أن مرض تاي ساكس يسبِّبه أليل متنحٍّ (t). وكما ذكرنا من قبل، لكي يُعبَّر عن الأليل المتنحي، لا بد من وجود نسختين منه في النمط الجيني. وهذا يعني أن التركيب الوحيد الموضَّح في مربع بونت، الذي يعني أن الطفل سيرث مرض تاي ساكس، هو tt. وكما رأينا سابقًا، يُوجَد احتمال بنسبة 1 إلى 4 لحدوث ذلك. يطلب منا السؤال أن نُعطي الإجابة بالنسبة المئوية؛ لذا، علينا تحويل الاحتمال 1 إلى 4 إلى نسبة مئوية، ويمكننا القيام بذلك باستخدام العملية الحسابية الآتية:

وبدلًا من ذلك، يمكننا أن نتذكَّر أن رُبع هو .

ومن ثَمَّ، فإن احتمال أن يُولَد طفل لهذين الأبوين ويرث مرض تاي ساكس تساوي .

مثال ٣: إكمال مربع بونت لتوضيح وراثة مرض وراثي سائد

تعدُّد الأصابع إضطراب وراثي، وفي معظم الحالات يسبِّبه أليل سائد (D). استخدم مربع بونت المكتمل جزئيًّا، الذي يوضِّح الأنماط الجينية لذكر وأنثى، لتوقُّع النسبة المئوية لاحتمال أن يرث الطفل المولود لهذين الأبوين صفة تعدُّد الأصابع.

الحل

للإجابة عن هذا السؤال، علينا أولًا التعرُّف على بعض المصطلحات الأساسية. الأليلات هي نسخ مختلفة لنفس الجين، ويحمل الفرد أليلين لكل صفة يتحكَّم فيها جين. الأليلات المتنحية هي أليلات لا يمكن التعبير عنها إلا في حال وجود نسختين منها، في حين يُعبَّر عن الأليلات السائدة حتى في حال وجود نسخة واحدة منها فقط. يرث الطفل أليلًا واحدًا لصفة معيَّنة من أمه وأليلًا آخر من أبيه. والنمط الجيني لشخص هو تركيب الأليلات التي يحملها، وهو ما يظهر في الخانات المركزية لمربعات بونت.

مربع بونت هو مخطَّط مفيد للغاية يوضِّح احتمال وراثة نسل زوجين لأليلات معيَّنة. من المهم أن نلاحظ أن هذا الاحتمال يتعلَّق بكل طفل يُولَد لهذين الأبوين، وليس من بين كل أربعة أطفال مولودين.

نُكمل مربع بونت لتوضيح تركيبات الأليلات المحتملة التي قد يرثها النسل.

يمكننا إكمال كل مربع من الجدول بأخذ أليل من الأم (رأس العمود) وأليل من الآب (بداية الصف). يجب أن تحتوي كل خانة على أليلين لكي توضح النمط الجيني المحتمل. إذن التركيبات المحتمَلة هي: و.

وبالنظر مرة أخرى إلى السؤال، يمكننا ملاحظة أن مرض تعدُّد الأصابع يسبِّبه أليل سائد (D). نعلم أنه إذا وُجِد أليل سائد في النمط الجيني، فإنه يُعبَّر عنه، حتى وإن كان الأليل الآخر متنحيًا. هذا يعني أنه من بين التركيبات الأربع المحتمَلة، يعبِّر اثنتان عن الأليل السائد D، ويكون الطفل مصابًا بمرض تعدُّد الأصابع. يطلب منا السؤال إيجاد الإجابة بالنسبة المئوية، ويمكننا حسابها باستخدام العملية الحسابية الآتية:

وبدلًا من ذلك، يمكننا تذكُّر أنَّ نصف يساوي .

إذن احتمال أن يرث طفل مولود لهذين الأبوين مرض تعدُّد الأصابع يساوي .

مثال ٤: تحليل مربعات بونت لتحديد التأثيرات المحتمَلة للأليلات المُميتة

في وراثة لون الفراء في الفئران؛ الأليل الذي يُنتج فئرانًا ذات فراء أصفر اللون (Y) سائد على الأليل الذي ينتج فئرانًا ذات فراء بني اللون (y). ولكن، إذا ورث جنين فأر أليلين سائدين، فسيموت في رحم الأم. بعد الاطلاع على المخطَّط الجيني الآتي، استنتجَ طالب أن أيًّا من الفئران لن يرث الأليلات المُميتة ويموت في رحم الأم. هل الطالب على صواب؟ ولماذا؟

الحل

يطلب منا السؤال تحديد بعض الأنماط الجينية من الأنماط الظاهرية الموضَّحة لتحديد إذا ما كان الطالب محقًّا في قوله إنه لن ترث أيُّ فئران من النسل أليلين من أليلات الفراء الأصفر السائدة YY؛ ومن ثَمَّ، لن تموت قبل أن تُولَد.

يمكننا أن نلاحظ من الأنماط الظاهرية الموضَّحة أن نسبة سمة النمط الظاهري السائد إلى نسبة سمة النمط الظاهري المتنحي (أي عدد الفئران الصفراء : عدد الفئران البنية) تظهران بنسبة . ومن ثَمَّ، يمكننا افتراض أن الفأر ذا الفراء البني قد ورث أليلين متنحيين yy. نعلم أن النسل يرث أليلًا واحدًا للصفة من أمه والآخر من أبيه. هذا يعني أن النمط الجيني لكلا الأبوين يجب أن يحتوي على أليل متنحٍّ. وبما أن كليهما يمثِّل النمط الظاهري الأصفر، إذن يمكننا أيضًا تحديد أنه لا بد أن كليهما يحملان الأليل الأصفر السائد. إذن لا بد أن الأبوين يحملان النمطين الجينيين Yy.

نستخدم نمطهما الجيني في إكمال مربع بونت، ونوضِّح احتمال أن يرث النسل نمطًا جينيًّا معيَّنًا.

كما نلاحظ، تُوجَد ثلاثة أنماط جينية محتمَلة يمكن أن يرثها النسل: يوجد احتمال بنسبة 2 إلى 4 أن يحمل الفئران النمط الجيني Yy، وأن يكون لهم فراء أصفر اللون، ولكنهم لن يتأثَّروا بالأليلات المُميتة. ويُوجَد احتمال بنسبة 1 إلى 4 أن يحمل الفئران النمط الجيني yy، وأن يكون لهم فراء بني اللون. وأخيرًا، يُوجَد احتمال بنسبة 1 إلى 4 أن يحمل الفئران النمط الجيني YY، وهما الأليلان المُميتان، وتموت في الرحم قبل أن تُولَد.

ومن ثَمَّ، فإن الطالب مخطئ. يُوجَد احتمال بنسبة أن يُولَد نسل لهذين الأبوين يرث أليلين سائدين Y ويموت في رحم الأم قبل الولادة.