فيديو الدرس: الجينات المتكاملة الأحياء • الصف الأول الثانوي

نسخة الفيديو النصية

في هذا الفيديو، سوف نتعلم كيف تتفاعل الجينات المتكاملة لتؤثر على النمط الظاهري للكائن الحي. كما سنتناول بعض الأمثلة على الجينات المتكاملة، ونرى كيف يمكن أن يؤدي حدوث خلل في مسار الجين المتكامل إلى إيقاف التعبير عن بعض الصفات.

ينسب إلى جريجور مندل، الذي يشار إليه أحيانًا بلقب «أبو علم الوراثة»، الفضل في توضيح أساسيات وراثة الجينات في نبات البازلاء. فقد أوضح على سبيل المثال، كيف أن الصفات مثل لون الزهرة أو لون البذرة تورث من النباتات الأبوية إلى النسل. يفترض مندل أن الجينات تورث على حدة وبشكل مستقل. وهذا يعني أن الجين الخاص بلون الزهرة لن يكون له أي تأثير على الجين الخاص بلون البذرة. لكننا فيما بعد اكتشفنا أن هذا لا يحدث دائمًا. وتعد الجينات المتكاملة مثالًا على الوراثة اللامندلية.

في البشر، يحتوي الجين الواحد عادة على أليلين، أو أكثر، ينتج عنهما صفة معينة. في حالة وجود أليلين، يكون أحدهما سائدًا على الآخر. على سبيل المثال، الأليل المسئول عن ظهور النمش هو السائد على الأليل الذي لا يسبب ظهور النمش. وإذا كان الأليل المسئول عن ظهور النمش موجودًا في النمط الجيني للشخص، فمن المرجح جدًّا أن يتم التعبير عنه. عند دراستنا لعلم الوراثة، عادة ما نرمز للأليلات بحروف. على سبيل المثال، يمكن أن نرمز للجين الذي يتحكم في ظهور النمش بالحرف ‪F‬‏. ومن ثم، يمكن أن نرمز للأليل السائد بحرف ‪F‬‏ الكبير، وللأليل المتنحي بحرف ‪f‬‏ الصغير. النمط الجيني المكون من الحرف الكبير ‪F‬‏ مع الحرف الكبير ‪F‬‏، أو من الحرف الكبير ‪F‬‏ مع الحرف الصغير ‪f‬‏ سيعطينا النمط الظاهري السائد وهو ظهور النمش، في حين أن النمط الجيني المكون من الحرفين الصغيرين ‪f‬‏ سيعطينا النمط الظاهري المتنحي وهو عدم ظهور نمش. عندما يتحكم جينان متكاملان في إظهار صفة معينة، فإن ذلك يتطلب وجود الأليلين السائدين لكل من هذين الجينين. لنلق نظرة على مثال لنفهم ذلك بشكل أفضل.

يمكن أن تكون زهور نباتات البازلاء الحلوة أرجوانية أو بيضاء اللون. يتحكم في لون هذه الزهور جينان، دعونا نطلق عليهما الجين ‪C‬‏ والجين ‪P‬‏. لكي تظهر الزهور الأرجوانية، لا بد من وجود أليل سائد للجين ‪C‬‏ وأليل سائد للجين ‪P‬‏. إذن، كيف يحدث ذلك؟ يمكننا هنا رؤية عرض مبسط لمسار الجينات المتكاملة. الجينان ‪C‬‏ و‪P‬‏ يعملان معًا لإنتاج الصبغة الأرجوانية؛ فيمكنك القول إنهما يكملان أحدهما الآخر. يتحكم الجين ‪C‬‏ في التعبير عن الإنزيم ‪C‬‏، ويحفز الإنزيم ‪C‬‏ التفاعل الذي يحول المركب السليف رقم واحد إلى المركب السليف رقم اثنين، في حين يتحكم الجين ‪P‬‏ في التعبير عن الإنزيم ‪P‬‏. ويحفز الإنزيم ‪P‬‏ التفاعل الذي يحول المركب السليف رقم اثنين إلى الصبغة الأرجوانية. وتؤدي هذه الصبغة الأرجوانية في النهاية إلى ظهور الزهرة الأرجوانية.

يعتمد الجين ‪P‬‏ على ناتج التعبير الذي يتحكم فيه الجين ‪C‬‏. إذن، عند وجود أليل سائد لكل من الجين ‪C‬‏ والجين ‪P‬‏، تتحول المركبات السليفة العديمة اللون إلى صبغة أرجوانية. وإذا لم يكن لدينا أليل سائد للجين ‪C‬‏، فلن ينتج النبات نسخة فعالة من الإنزيم ‪C‬‏. وإذا لم ينتج الإنزيم ‪C‬‏، فإن التفاعل الذي يحول المركب السليف رقم واحد إلى المركب السليف رقم اثنين لن يحدث. وإذا لم ينتج المركب السليف رقم اثنين، فلن تنتج الصبغة الأرجوانية النهائية. أيضًا ربما يوجد لدينا الأليل السائد للجين ‪C‬‏، لكن إذا لم يكن هناك أليل سائد للجين ‪P‬‏، فسيحدث أمر مشابه. أي إن الجين ‪P‬‏ لن يشفر الإنزيم ‪P‬‏، ومن ثم لن ينتج الإنزيم ‪P‬‏، ولن يتحول المركب السليف رقم اثنين إلى الصبغة الأرجوانية. إذن، في كلتا الحالتين، عند عدم وجود أليل سائد للجين ‪C‬‏ أو للجين ‪P‬‏، سيكون النمط الظاهري هو زهور بيضاء.

لنلق نظرة على الأنماط الجينية التي ستنتج هذه الأنماط الظاهرية المختلفة. نعلم أنه لا بد من وجود أليل سائد واحد على الأقل لكل جين في النمط الجيني كي تنتج زهور أرجوانية. إذن، دعونا نر الأنماط الجينية المحتملة. لكي تنتج زهور بيضاء، يجب أن يحتوي أحد الجينين على الأقل على أليلين متنحيين. لذا، لنر الأنماط الجينية المحتملة للزهور البيضاء. ها هي كل الأنماط الجينية المحتملة لهاتين الزهرتين. يمكنك إيقاف الفيديو واستغراق دقيقة لمراجعة هذه الأنماط.

باستخدام ما نعرفه عن الأنماط الجينية والأنماط الظاهرية للون الزهرة وكيفية تحكم عمل الجينيات المتكاملة فيها، دعونا نلق نظرة على وراثة هذه الأليلات. لنستعرض نباتين من نباتات البازلاء الحلوة ينتجان زهورًا بيضاء. أحدهما له النمط الجيني: حرف ‪C‬‏ الكبير، حرف ‪C‬‏ الكبير، حرف ‪p‬‏ الصغير، حرف ‪p‬‏ الصغير؛ والآخر له النمط الجيني: حرف ‪c‬‏ الصغير، حرف ‪c‬‏ الصغير، حرف ‪P‬‏ الكبير، حرف ‪P‬‏ الكبير. في حالة تهجين هذين النباتين، ما الأنماط الجينية المحتملة لنسلهما؟ يمكننا إكمال مربع بونت لتوضيح الأنماط الجينية المحتملة.

بما أن لون الزهرة يتحكم فيه جينان، نحتاج إلى استخدام مربع بونت الذي يوضح الوراثة الثنائية الهجين. لنبدأ بتكملة رءوس الأعمدة والصفوف بكتابة الأليلات الموجودة في الجاميتات التي ينتجها كل نبات. يمكننا الآن إكمال كل خانة في مربع بونت بمجموعة الأليلات التي يمكن أن يورثها النباتان الأبوان. قد تلاحظ أن جميع الخانات متماثلة. وهذا يعني أن هذا التهجين سينتج عنه ظهور نمط جيني واحد محتمل. ينتج عن النمط الجيني: حرف ‪C‬‏ الكبير، حرف ‪c‬‏ الصغير، حرف ‪P‬‏ الكبير، حرف ‪p‬‏ الصغير زهور أرجوانية. وذلك نظرًا لوجود أليل سائد لكل من الجين ‪C‬‏ والجين ‪P‬‏. إذا تذكرنا مسار الجينات المتكاملة، فسندرك أن هذا يعني أن كلًّا من الإنزيم ‪C‬‏ والإنزيم ‪P‬‏ فعالان. وبناء عليه، تنتج الصبغة الأرجوانية.

الآن، لنر ما يحدث عند تهجين نباتين لهما زهور أرجوانية. مرة أخرى، سنبدأ بتكملة رءوس الأعمدة والصفوف في مربع بونت بكتابة المجموعة المحتملة من الأليلات التي ستكون موجودة في جاميتات هذين النباتين. بعد ذلك، سنكمل كل خانة في مربع بونت بالمجموعات التي يمكن وراثتها عندما تتحد هذه الجاميتات لإنتاج نسل جديد. ربما لاحظت بالفعل أنه لدينا هنا تباين في الأنماط الجينية أكثر بكثير مما كان لدينا في المرة السابقة. لذا، دعونا نستعرض الأنماط الجينية ونر إذا ما كان بإمكاننا إيجاد عدد الأنماط الظاهرية المختلفة الناتجة، وسنسجل هذه المعلومات هنا.

تذكر أن أي نمط جيني يحتوي على أليل سائد لكل من الجين ‪C‬‏ والجين ‪P‬‏ سينتج زهرة أرجوانية. إذا وضعنا دائرة حول كل هذه الأنماط الجينية في مربع بونت، فلا بد أن يكون لدينا إجمالي تسعة أنماط جينية محتملة تنتج زهورًا أرجوانية. والآن، لنر عدد الأنماط الجينية التي ستنتج زهورًا بيضاء. أي نمط جيني ينقصه أليل سائد لأي من الجين ‪C‬‏ أو الجين ‪P‬‏ سينتج زهورًا بيضاء. إذا وضعنا دائرة حول كل هذه الأنماط الجينية في مربع بونت، فلا بد أن يكون لدينا إجمالي سبعة أنماط جينية تنتج زهورًا بيضاء. هناك طريقة أخرى للتعبير عن ذلك، وهي التعبير في صورة نسبة. إذن، نسبة الزهور الأرجوانية إلى الزهور البيضاء هي تسعة إلى سبعة؛ ونسمي هذه بنسبة النمط الظاهري. عادة، في التزاوج الثنائي الهجين لجينات غير متكاملة، نتوقع أن تكون نسبة النمط الظاهري تسعة إلى ثلاثة إلى ثلاثة إلى واحد. إذن، هذا دليل آخر على أن الجينات المتكاملة لا تتبع القواعد الطبيعية للوراثة المندلية.

الآن بعد أن فهمنا تأثير عمل الجينات المتكاملة، دعونا نجرب حل سؤال تدريبي.

يعد لون الزهور في نباتات البازلاء الحلوة مثالًا لخاصية تتأثر بالجينات المتكاملة. يمكن أن تكون الزهور بيضاء أو أرجوانية. وفي هذه الحالة يجب توافر أليل سائد لكلا الجينين كي يظهر لون الزهرة الأرجواني. أي الأنماط الجينية الآتية يعطي نباتًا ذا زهور بيضاء؟ (أ) حرف ‪A‬‏ الكبير، حرف ‪A‬‏ الكبير، حرف ‪B‬‏ الكبير، حرف ‪B‬‏ الكبير. (ب) حرف ‪A‬‏ الكبير، حرف ‪a‬‏ الصغير، حرف ‪B‬‏ الكبير، حرف ‪b‬‏ الصغير. (ج) حرف ‪A‬‏ الكبير، حرف ‪a‬‏ الصغير، حرف ‪B‬‏ الكبير، حرف ‪B‬‏ الكبير. (د) حرف ‪a‬‏ الصغير، حرف ‪a‬‏ الصغير، حرف ‪B‬‏ الكبير، حرف ‪B‬‏ الكبير. (هـ) حرف ‪A‬‏ الكبير، حرف ‪A‬‏ الكبير، حرف ‪B‬‏ الكبير، حرف ‪b‬‏ الصغير.

يشير عمل الجينات المتكاملة إلى التفاعل بين عدة جينات تتحكم في التعبير عن صفة معينة. وعلمنا من السؤال هنا أنه لا بد من توافر أليل سائد لكلا الجينين كي يظهر لون الزهرة الأرجواني في النمط الظاهري. في علم الوراثة، عادة ما نمثل الأليلات السائدة بأحرف كبيرة والأليلات المتنحية بأحرف صغيرة. علينا تحديد النمط الجيني الذي سيعطي النمط الظاهري للزهور البيضاء. هذا يعني أن أحد الجينين أو كليهما يحتوي على نسختين من الأليل المتنحي.

كما نرى الخيار (أ) يحتوي على حرفي ‪A‬‏ الكبيرين وحرفي ‪B‬‏ الكبيرين. ولأن هذا النمط الجيني يحتوي على أليلات سائدة فقط، فسينتج عنه زهور أرجوانية. إذن، لا يمكن أن يكون هذا هو الخيار الصحيح. والخيار (ب) يحتوي على واحد من حرف ‪A‬‏ الكبير وواحد من حرف ‪B‬‏ الكبير. ونظرًا لوجود أليل واحد سائد لكل جين، فسينتج هذا النمط الجيني زهورًا أرجوانية. مرة أخرى، لا يمكن أن يكون هذا هو الخيار الصحيح. أما الخيار (ج) فهو يحتوي على أليل واحد سائد للجين ‪A‬‏ وأليلين سائدين للجين ‪B‬‏. وعليه سينتج عن هذا أيضًا زهور أرجوانية. إذن، هذا ليس الخيار الصحيح.

يحتوي الخيار (د) على أليلين سائدين للجين ‪B‬‏. ولكن الجين ‪A‬‏ له أليلان متنحيان. نعلم أنه لإنتاج زهور أرجوانية، لا بد من توافر أليل سائد واحد على الأقل لكل جين. ومن ثم، فإن هذا النمط الجيني سينتج زهورًا بيضاء لأنه لا يحتوي على أليل سائد للجين ‪A‬‏. يبدو أن هذا الخيار هو الإجابة الصحيحة، لكن دعونا نتحقق أولًا من الخيار (هـ) للتأكد من عدم صحته. يحتوي الخيار (هـ) على أليلين سائدين للجين ‪A‬‏ وأليل سائد واحد للجين ‪B‬‏. ونظرًا لوجود أليل سائد لكلا الجينين، فسينتج هذا النمط الجيني زهورًا أرجوانية. إذن، هذا الخيار غير صحيح. ومن ثم، يمكننا استنتاج أن النمط الجيني الذي سينتج نباتًا ذا زهور بيضاء هو (د) حرف ‪a‬‏ الصغير، حرف ‪a‬‏ الصغير، حرف ‪B‬‏ الكبير، حرف ‪B‬‏ الكبير.

لنستعرض الآن النقاط الرئيسية التي تناولناها في هذا الفيديو. يظهر عمل الجينات المتكاملة عندما يعمل جينان مختلفان معًا للمساهمة في ظهور صفة واحدة. عادة ما يشترك هذان الجينان في مسار معين. إذا كان لأي من الجينين أليلان متنحيان، فإن ذلك الجين سينتج نواتج معطلة وظيفيًّا. لن تظهر هذه الصفة المحددة دون وجود الأليل السائد في كلا الجينين. الجينات المتكاملة هي مثال على الوراثة اللامندلية.