فيديو الدرس: الجنس والارتباط الجيني على الكروموسومات الجسمية الأحياء

‏نسخة الفيديو النصية

في هذا الفيديو، سوف نتعرف على وراثة الجينات عن طريق الكروموسومات. وسنناقش كيف يمكن أن ترتبط الجينات بعضها ببعض، ونتعلم كيف نصف الجينات المرتبطة بالجنس والجينات المرتبطة على الكروموسومات الجسمية. كما نعلم، تنتقل المادة الوراثية من الأبوين إلى النسل. وتتحكم هذه المادة الوراثية في وظائف جميع خلايا الجسم. فجميعنا نحمل صفات معينة نرثها من أفراد عائلتنا. هل لاحظت من قبل أن بعض أفراد عائلة ما لديهم نمش، في حين لا يظهر في البعض الآخر؟ ماذا عن الصلع أو ربما حالات صحية معينة مثل تلك المتعلقة بالبصر؟ كيف تنتقل هذه الصفات من جيل إلى آخر؟ سنجيب عن بعض هذه الأسئلة في هذا الفيديو.

تحتوي كل خلية في أجسامنا تقريبًا على كروموسومات، وهي تراكيب خطية تحمل الحمض النووي ‪(DNA)‬‏. تحتوي الخلايا البشرية على 23 زوجًا من الكروموسومات، أو 46 كروموسومًا في المجمل. ومن بين هذه الكروموسومات، يوجد 22 زوجًا من الكروموسومات تسمى بالكروموسومات الجسمية. وأزواج الكروموسومات الجسمية هذه مرقمة هنا من واحد إلى 22 ؛ حيث الكروموسوم واحد هو الأكبر، والكروموسوم 22 هو الأصغر. والزوج 23 من الكروموسومات يمثل الكروموسومات الجنسية. الكروموسومات الجنسية إما أن تكون كروموسوم ‪X‬‏ أو كروموسوم ‪Y‬‏، ويكون الزوج 23 عادة إما ‪XX‬‏ أو ‪XY‬‏. ازدواج الكروموسومات في المجموعة 23 يحدد الجنس البيولوجي للشخص. حيث يحتوي الزوج 23 لدى الإناث عادة على الكروموسومين ‪XX‬‏، في حين يحتوي الزوج 23 لدى الذكور على الكروموسومين ‪XY‬‏.

عندما يتزاوج البشر، يحتوي الجاميت أو الخلية الجنسية لدى كل فرد من الأبوين على نصف إجمالي عدد الكروموسومات. أي 23 كروموسومًا فقط. تحمل البويضة التي تنتجها الأم البيولوجية 22 كروموسومًا جسميًّا منفردًا، وكروموسومًا جنسيًّا واحدًا، دائمًا ما يكون كروموسوم ‪X‬‏. ويحمل الحيوان المنوي الذي ينتجه الأب البيولوجي 22 كروموسومًا جسميًّا منفردًا أيضًا، كما يحمل أيضًا كروموسومًا جنسيًّا واحدًا، قد يكون إما كروموسوم ‪X‬‏ أو كروموسوم ‪Y‬‏.

بعد الإخصاب، يتكون الزيجوت عندما تتحد البويضة والحيوان المنوي معًا. ويحتوي هذا الزيجوت على 22 زوجًا من الكروموسومات الجسمية. ويتكون كل زوج من الكروموسومات من كروموسوم واحد من الأم البيولوجية وآخر من الأب البيولوجي. تسمى هذه الأزواج بالكروموسومات المتماثلة، وهي في الحقيقة ليست ملونة بألوان مختلفة. لكننا نستخدم اللون الوردي والأزرق هنا للتمييز بين الكروموسومات الموروثة من الأم والأب.

يحتوي الزيجوت أيضًا على زوج من الكروموسومات الجنسية. إذا كان الحيوان المنوي يحمل كروموسوم ‪X‬‏، فسيحتوي الزيجوت على اثنين من كروموسومات ‪X‬‏ وسينتج عنه أنثى من حيث الجنس البيولوجي. ومن ناحية أخرى، إذا كان الحيوان المنوي يحمل كروموسوم ‪Y‬‏، فسيحتوي الزيجوت على كروموسوم ‪X‬‏ واحد وكروموسوم ‪Y‬‏ واحد، وسينتج عنه ذكر من حيث الجنس البيولوجي. دعونا نلق نظرة فاحصة على زوج من الكروموسومات المتماثلة. كما نلاحظ، فإن الكروموسومين اللذين يكونان زوجًا متماثلًا لهما الطول نفسه. وأيضًا لهما نفس موضع السنترومير. ونعلم أن الكروموسومات تحمل مقاطع من ‪DNA‬‏ تسمى الجينات، وهي التي تحدد صفات الشخص. يمكن أن يحمل كل كروموسوم مئات الجينات حسب حجمه. دعونا نفترض أن هذين الكروموسومين يحملان ثلاثة جينات ممثلة هنا باللون البرتقالي والأخضر والأحمر.

يمكننا ملاحظة أن كلا الكروموسومين في الزوج المتماثل يحملان الجينات نفسها في الموضع نفسه. ومع ذلك، قد يحمل كل كروموسوم نسخة مختلفة من كل جين، أي أليلًا مختلفًا لهذا الجين. الأليل هو نسخة بديلة من الجين. دعونا نتناول مثالًا على أليلات مختلفة لأحد الجينات.

لنفترض أن الجين الممثل هنا باللون البرتقالي هو الجين الذي يحدد إذا ما كان الشخص لديه نمش أم لا. قد يحمل الكروموسوم الموجود على اليسار أليلًا سائدًا لصفة النمش، والممثل هنا بحرف ‪F‬‏ كبير. أما الكروموسوم الموجود على اليمين، فقد يحمل أليلًا متنحيًا لصفة عدم وجود نمش، والممثل هنا بحرف ‪f‬‏ صغير. ومن ثم، فإن النمط الجيني للشخص الذي يحمل هذين الكروموسومين هو حرف ‪F‬‏ كبير وحرف ‪f‬‏ صغير، وسيحدد هذان الأليلان إذا ما كان الشخص لديه نمش أم لا. بعبارة أخرى، يساعد النمط الجيني في تحديد النمط الظاهري، أي الناتج الظاهري. في هذه الحالة، بما أن النمط الجيني يحتوي على الأليل السائد للنمش، فهذا ما سيعبر عنه باعتباره النمط الظاهري للشخص.

إذن، لقد تعلمنا أن الكروموسومات تنتقل إلينا من أبوينا. ولكن ما الذي يحدد مزيج الأليلات لكل جين سنحصل عليه؟ لفهم ذلك، علينا أن نعود لتناول ما يحدث للكروموسومات أثناء تكوين الجاميتات. تنتج الجاميتات، أو الخلايا الجنسية، من خلال نوع خاص من الانقسام الخلوي يسمى الانقسام الميوزي. ينتج عن الانقسام الميوزي أربعة جاميتات، كل منها يحتوي على نصف العدد الكلي لكروموسومات الكائن الحي. هل تتذكر الكروموسومات المتماثلة لدينا؟ قبل بدء الانقسام الميوزي مباشرة، يضاعف كل كروموسوم نفسه بحيث تتوفر نسخة لكل خلية بنوية بعد الانقسام. وعندما نناقش الانقسام الميوزي، سنرى هذا التمثيل للكروموسوم الذي يأخذ شكل حرف ‪X‬‏ إلى حد ما.

أثناء التحضير للانقسام الأول في الانقسام الميوزي، تحتوي الخلية على 23 زوجًا من الكروموسومات. في هذه المرحلة، تحدث عملية مثيرة للاهتمام تسمى العبور. العبور هو تبادل أجزاء من الكروموسوم داخل زوج متماثل. دعونا نتناول مثالًا يوضح كيفية حدوث ذلك في زوج واحد من الكروموسومات المتماثلة المتضاعفة.

لنفترض أن هذه الكروموسومات تحمل الجينات ‪A‬‏ و‪B‬‏ و‪C‬‏ في المناطق المشار إليها. يمكننا ملاحظة أنه في هذا الزوج، يحمل أحد الكروموسومات الأليلات السائدة، ممثلة بحرف ‪A‬‏ كبير، وحرف ‪B‬‏ كبير، وحرف ‪C‬‏ كبير، في حين يحمل الكروموسوم المتماثل الآخر في هذا الزوج الأليلات المتنحية، ممثلة بحرف ‪a‬‏ صغير، وحرف ‪b‬‏ صغير، وحرف ‪c‬‏ صغير. يمكننا أيضًا ملاحظة أن كلا جانبي كل كروموسوم يحمل الأليلات نفسها، أو أن كلًّا منهما بالأساس نسخة متطابقة من الآخر.

أثناء عملية العبور، تتبادل الكروموسومات المتماثلة أجزاء من الكروموسوم بحيث لا يعد الجانبان المتضاعفان لكل كروموسوم متطابقين. يمكننا ملاحظة أنه في الكروموسوم الأول، في الجانب الذي حدثت فيه عملية العبور، لا يزال الكروموسوم يحمل الأليلين السائدين للجينين ‪A‬‏ و‪B‬‏، إلى جانب أليل متنح للجين ‪c‬‏. وبالنسبة للكروموسوم الثاني في المجموعة، في الجانب الذي حدثت فيه عملية العبور، لا يزال الكروموسوم يحمل الأليلين المتنحيين للجينين ‪a‬‏ و‪b‬‏، إلى جانب أليل سائد للجين ‪C‬‏.

لدينا الآن مزيج من الأليلات المختلفة عن تلك الموجودة في الكروموسومات الأصلية. وهذا يعني أنه عند انتهاء الانقسام الميوزي، ستحتوي كل من الجاميتات الأربعة الناتجة على مزيج مختلف من الأليلات الموجودة في هذا الكروموسوم. لقد أوضحنا هنا كيفية حدوث عملية العبور في زوج واحد من الكروموسومات. ولكن تذكر أن عملية العبور يمكن أن تحدث في جميع أزواج الكروموسومات في الخلية. وكما علمنا سابقًا، فإن كل جاميت ينتج في البشر يحتوي عادة على 22 كرموسومًا جسميًّا، وكروموسوم جنسي واحد. ويحدث اتحاد بين جاميت من الأم البيولوجية وجاميت آخر من الأب البيولوجي أثناء الإخصاب كما رأينا سابقًا. وهذه هي الطريقة التي يتلقى بها الزيجوت الأليلات. ومن ثم، إذا قلنا إن هذه هي الأليلات التي حصلنا عليها من كل من الجاميتين الأبويين، فإن الزيجوت سيحمل النمط الجيني الموضح أمامنا.

كما ذكرنا سابقًا، تحتوي الكروموسومات على المئات، وأحيانًا الآلاف، من الجينات. إذا كان هناك جينان يقعان على مسافة متباعدة على كروموسوم، مثل الجينين ‪A‬‏ و‪C‬‏ هنا، فمن المرجح أن تنفصل الأليلات أثناء عملية العبور. وفي الواقع، في هذا المثال، خضع الجين ‪C‬‏ لعملية العبور، وليس الجين ‪A‬‏. من ناحية أخرى، إذا كان هناك جينان يقعان على مسافة قريبة جدًّا على الكروموسوم، مثل الجينين ‪A‬‏ و‪B‬‏ هنا، فإن أليلات هذين الجينين تكون أقل عرضة للانفصال أثناء عملية العبور. وهذا يعني أن هذه الأليلات ستظل معًا على الأرجح حتى في الكروموسوم المعاد ترتيبه، ومن ثم فمن المرجح للغاية أن تورث معًا في النسل.

هذه الجينات التي يقع بعضها على مسافة قريبة جدًّا من بعض تسمى بالجينات المرتبطة. والكروموسومات تراكيب مجهرية تحمل مئات الجينات؛ لذا فإن الجينات المرتبطة تكون قريبة للغاية بعضها من بعض أكثر مما يظهره هذا الرسم هنا. يحدث الارتباط الجيني على الكروموسومات الجسمية عند حدوث الارتباط على الكروموسومات الجسمية، وليس على أحد الكروموسومات الجنسية.

لفهم ذلك بشكل أفضل، دعونا نتناول بعض الأمثلة على الصفات التي قد تحددها هذه الجينات. على سبيل المثال، بدلًا من الجين ‪A‬‏، قد يكون لدينا الجين ‪G‬‏؛ حيث يشفر الأليل السائد، أو حرف ‪G‬‏ الكبير، لصفة الأعين الخضراء، في حين يشفر الأليل المتنحي، أو حرف ‪g‬‏ الصغير، لصفة الأعين الزرقاء. وقد يحدد الجين ‪B‬‏ لون الشعر، حيث يشفر الأليل السائد، أو حرف ‪B‬‏ الكبير، لصفة الشعر البني، ويشفر الأليل المتنحي، أو حرف ‪b‬‏ الصغير، لصفة الشعر الأحمر. وبعد ذلك لدينا الجين ‪C‬‏ الذي قد يحدد ملمس الشعر؛ حيث يشفر الأليل السائد، أو حرف ‪C‬‏ الكبير، لصفة الشعر المجعد، في حين يشفر الأليل المتنحي، أو حرف ‪c‬‏ الصغير، لصفة الشعر الناعم.

وبما أن الجينين ‪G‬‏ و‪B‬‏ متقاربان أكثر من الجينين ‪G‬‏ و‪C‬‏ على سبيل المثال، فمن غير المرجح انفصال الجينين ‪G‬‏ و‪B‬‏ أثناء حدوث عملية العبور. وفي الواقع، يمكنك ملاحظة عدم حدوث ذلك في هذا المثال. ففي المثال لدينا، جرى فصل الجين ‪C‬‏ فقط عن الجينين الآخرين. وبما أن الجينين ‪G‬‏ و‪B‬‏ مرتبطان ارتباطًا وثيقًا، فهذا يعني أنه في هذه الحالة، سنرى على الأرجح نسلًا بأعين خضراء وشعر بني، أو أعين زرقاء وشعر أحمر، ويقل احتمال أن نرى نسلًا بأعين خضراء وشعر أحمر، أو أعين زرقاء وشعر بني.

من ناحية أخرى، يقع الجين ‪C‬‏ على مسافة أبعد على الكروموسوم، ويعد أقل ارتباطًا. وعليه ففي هذه الحالة، بما أن الكروموسومات الأصلية تحمل إما جميع الأليلات السائدة أو جميع الأليلات المتنحية لهذه الصفات؛ حيث يكون هذا هو المزيج الأكثر شيوعًا للصفات في النسل، فعلى الأرجح أننا سنرى نسلًا بشعر بني ناعم وأعين خضراء، أو شعر أحمر مجعد وأعين زرقاء، أكثر، أي مزيجًا آخر للون العينين ولون الشعر. وبالطبع، هذا المثال مجرد مثال افتراضي. فالارتباطات بين لون الأعين ولون الشعر وملمس الشعر ليست بهذه البساطة في الواقع.

توجد الجينات المرتبطة أيضًا في الكروموسومات الجنسية، ويسمى ذلك الارتباط الجنسي. دعونا نعرف المزيد عن هذه الكروموسومات الجنسية قبل أن نبدأ في فهم الارتباط الجنسي. كما نرى هنا، فإن الكروموسومين ‪X‬‏ و‪Y‬‏ مختلفان للغاية من حيث الحجم. إذ يبلغ حجم الكروموسوم ‪X‬‏ ثلاثة أضعاف حجم الكروموسوم ‪Y‬‏، ويحمل الكروموسوم ‪X‬‏ حوالي 900 جين، بينما يحمل الكروموسوم ‪Y‬‏ حوالي 55 جينًا فقط.

بصرف النظر عن تحديد الجنس البيولوجي للشخص، فإن الكروموسومات الجنسية تحمل أيضًا جينات أخرى. وفي حين أن بعض هذه الجينات مشتركة بين كل من الكروموسومين ‪X‬‏ و‪Y‬‏، إلا أن معظمها مختلف. هذه الجينات غير المشتركة بين الكروموسومين ‪X‬‏ و‪Y‬‏ لها نمط وراثي فريد يسمى الوراثة المرتبطة بالجنس. على سبيل المثال، الكروموسوم ‪Y‬‏ يحمل الجين ‪SRY‬‏. هذا الجين مسئول عن نمو الأعضاء التناسلية الذكرية. لا يحمل الكروموسوم ‪X‬‏ هذا الجين، وهذا هو السبب في أن النمط الجيني ‪XY‬‏ ينتج عنه دائمًا ذكر من حيث الجنس البيولوجي. ومن ثم، يقال إن الجين ‪SRY‬‏ مرتبط بالجنس، نظرًا لارتباطه بأحد الكروموسومات الجنسية. وأي صفة تحددها مثل هذه الجينات، التي يحملها كروموسوم جنسي واحد فقط، تسمى صفة مرتبطة بالجنس.

لفهم الوراثة المرتبطة بالجنس بشكل أفضل، سنتناول التجارب التي أجراها عالم يدعى توماس هانت مورجان. درس الدكتور مورجان أنماط الوراثة في ذباب الفاكهة. يمتلك معظم ذباب الفاكهة عيونًا حمراء، إلا أن الدكتور مورجان لاحظ ذكرًا من ذباب الفاكهة له عينان بيضاوان. وفي علم الوراثة، نطلق على نسخة الصفة الموجودة تقريبًا في جميع أفراد نوع ما النمط الشائع. في هذه الحالة، العيون الحمراء تمثل النمط الشائع. ونستخدم مصطلح النمط المتحور للإشارة إلى شكل مختلف من الصفة نادرًا ما يوجد في النوع. وعليه ففي هذه الحالة، تمثل العيون البيضاء النمط المتحور.

حاول الدكتور مورجان معرفة كيف انتهى المطاف بهذا الذكر المنفرد بعينين بيضاوين، وكيف ورثت هذه الصفة. لذلك، هجن ذكر ذبابة الفاكهة الأبيض العينين هذا مع ذبابة فاكهة أنثى بعينين حمراوين. نسمي عادة التهجين الأول في التجربة الوراثية بجيل الأبوين، أو جيل ‪P‬‏. كل النسل الناتج عن هذا التهجين، أو الجيل ‪F‬‏ واحد، كان له أعين حمراء. وهذا أثبت أن نسخة العين الحمراء من الصفة هي النسخة السائدة. بعد ذلك، هجن الذكور من هذا الجيل مع الإناث. ومن بين النسل الناتج عن هذا التهجين، أو الجيل ‪F‬‏ اثنين، 75 بالمائة كان له أعين حمراء، و 25 بالمائة كان له أعين بيضاء، وهو ما توقعه بناء على وجود صفة ذات نسخة سائدة ونسخة متنحية.

لكنه تفاجأ عندما لاحظ مرة أخرى أن جميع الذباب الأبيض العينين كان من الذكور، ولم تنتج أي ذبابة بيضاء العينين من الإناث. وقاده هذا إلى الاعتقاد بأن الجين الخاص بلون العينين يحمله الكروموسوم ‪X‬‏. ولكن كيف توصل إلى هذا الاستنتاج؟ باستخدام مربع بونت للتنبؤ بصفة مرتبطة بالكروموسوم ‪X‬‏، تمكن من التنبؤ بدقة بنسب الأنواع المختلفة من النسل.

عند استخدام مربعات بونت للتنبؤ بصفات مرتبطة بالجنس، علينا أولًا تحديد الكروموسوم الجنسي الذي يظهر عليه الجين. بعد ذلك نكتب الأليل في صورة حرف علوي على ذلك الكروموسوم. وعليه ففي مربع بونت هذا للجيل ‪P‬‏، نكتب النمط الجيني لأنثى النمط الشائع ذات العينين الحمراوين على الجانب العلوي، ونكتب النمط الجيني لذكر النمط المتحور ذي العينين البيضاوين على الجانب السفلي. باستخدام مربع بونت للأنماط الجينية في جيل ‪F‬‏ واحد، يمكننا أيضًا التنبؤ بنواتج الجيل ‪F‬‏ اثنين بدقة. فعلى الأرجح سوف تؤثر جميع الصفات المتنحية المرتبطة بالكروموسوم ‪X‬‏ على الذكور كما نرى هنا.

حتى الآن، ناقشنا الصفات المرتبطة بالجنس، والتي تقع على الكروموسومات الجنسية. ومع ذلك، توجد بعض الصفات التي يعتمد التعبير عنها على الجنس البيولوجي للشخص، ولكن هذه الصفات تحمل في الواقع على كروموسومات جسمية. فهناك صفات متأثرة بالجنس، وهي تقع على كروموسومات جسمية، ولكنها تتأثر بالهرمونات، ومن ثم تزداد احتمالية ظهورها في أحد الجنسين البيولوجيين دون الآخر. أحد الأمثلة على ذلك هو نمط الصلع، الذي يتأثر بهرمون التستوستيرون. ومن ثم، فمن المرجح بشكل عام أن نلاحظ هذا النمط في الذكور. وهناك صفات محددة بالجنس، وهي تقع على كروموسومات جسمية، ولكن يقتصر التعبير عنها على جنس بيولوجي واحد فقط. ومن الأمثلة على ذلك صفة إفراز اللبن، التي نراها بشكل عام لدى الإناث فقط، وكذلك صفة نمو اللحية، التي لا نراها إلا في الذكور بشكل عام.

دعونا نراجع بعض النقاط الرئيسية التي تعلمناها في هذا الفيديو. عادة ما تورث الجينات التي توجد قريبة بعضها من بعض على كروموسوم جسمي معًا. تسمى هذه العملية بالارتباط الجيني على الكروموسومات الجسمية. تحمل الكروموسومات الجنسية الصفات المرتبطة بالجنس. درس الدكتور تي إتش مورجان الوراثة المرتبطة بالجنس في ذباب الفاكهة. الصفات المتأثرة بالجنس هي صفات تقع على كروموسوم جسمي، ويتأثر التعبير عنها بالهرمونات الجنسية. الصفات المحددة بالجنس هي صفات تقع على كرموسوم جسمي، ويقتصر التعبير عنها على جنس بيولوجي واحد.