فيديو الدرس: الأليلات الأحياء

نسخة الفيديو النصية

في هذا الفيديو، سوف نتعلم كيف نعرف ونشرح المصطلحات الأساسية في علم الوراثة. وستساعدنا هذه المعرفة في فهم وربط المفاهيم الأساسية للوراثة الجينية.

ما الوراثة الجينية؟ عادة ما يرجع السبب في بعض الصفات التي نحملها، مثل ملمس الشعر أو شكل منقار الطيور، إلى وجود أساس لها بالفعل في الحمض النووي ‪(DNA)‬‏. يخزن الحمض النووي معلومات حول هذه الصفات في مقاطع تسمى الجينات. وهكذا، فإن الوراثة الجينية تعنى بالكيفية التي نرث بها الحمض النووي ومصدره. لدينا هنا خلية بسيطة لشخص يدعى شريف، وسنستخدمها للكشف عن أصول شعره المجعد. وهنا نضيف نواة كبيرة حتى نتمكن من رؤية الحمض النووي بشكل أفضل.

يلتف الحمض النووي ‪(DNA)‬‏ حول بروتينات خاصة لتكوين تراكيب تسمى الكروموسومات. ويحتوي كل كروموسوم على جزيء واحد فقط من الحمض النووي أو على جزيئين متماثلين من الحمض النووي. ومثل معظم البشر، فإن شريف لديه 46 كروموسومًا. لكن لدينا حتى الآن 23 كروموسومًا فقط في هذه النواة؛ لأن هذه هي الكروموسومات الـ 23 التي ورثها شريف من والدته. ورث شريف من والده أيضًا 23 كروموسومًا مشابهة للكروموسومات التي ورثها من والدته، ولكنها غير مماثلة تمامًا لها، وهي موضحة هنا باللون الأخضر. لنفترض أن الجين المسئول عن ملمس الشعر يوجد على الزوج رقم واحد من الكروموسومات لدى شريف. على الرغم من أن صفة ملمس الشعر هي صفة أكثر تعقيدًا من أن يعبر عنها بجين واحد، دعونا نتصور الآن أن الأمر كذلك لتسهيل الأمور. الغريب في الأمر هو أن كلا والدي شريف يمتلكان شعرًا ناعمًا، في حين يمتلك شريف شعرًا مجعدًا للغاية. ماذا لو أصبح لشريف أطفال؟ هل سيرث أي منهم شعر شريف المجعد؟ دعونا نكتشف ذلك.

عندما ينتج شريف حيوانات منوية، سيحتوي كل حيوان منوي منها على كروموسوم واحد فقط من كل زوج من الـ 23 زوجًا. ويمكننا هنا ملاحظة أن شريف سينقل بعض الكروموسومات الصفراء التي ورثها من والدته، وبعض الكروموسومات الخضراء التي ورثها من والده. هذه هي زوجة شريف، وتدعى مريم. وهي تتمتع بشعر ناعم مثل والديها. وهذه هي إحدى خلايا مريم الجسمية العادية. وهي توضح أيضًا الكروموسومات التي ورثتها من والديها. في هذه الحالة، الكروموسومات الزرقاء هي تلك التي ورثتها من والدها، في حين أن الكروموسومات الوردية هي تلك التي ورثتها من والدتها. موقع الجينات على الكروموسومات متماثل في جميع الكائنات التي تنتمي إلى نفس النوع. وعليه، فإن الجين المسئول عن ملمس شعر مريم يوجد في نفس الموقع لدى شريف. وكما هو الحال مع شريف، فعندما تنتج مريم بويضات، تستقبل كل منها كروموسومًا واحدًا مختارًا عشوائيًّا من كل زوج، وبعض هذه الكروموسومات من والدتها والبعض الآخر من والدها.

والآن، عند إخصاب هذا الحيوان المنوي لهذه البويضة، يمكننا أن نرى من أين أتت كروموسومات الطفل الناتجة. ينتمي بعضها إلى والدة شريف، وبعضها إلى والد شريف، والبعض الآخر إلى والدة مريم، والبقية إلى والد مريم. بعبارة أخرى، فإن الطفلة الجديدة، وتدعى منى، التي سيصبح لها شعر ناعم، هي مثلنا نحن البشر، أي تمثل التعبير عن الوراثة الجينية التي تم دمجها من أربعة أجداد. والأجداد بدورهم هم نتاج أعداد لا تحصى من الأجيال التي اختلط فيها الحمض النووي ‪(DNA)‬‏ واندمج باستمرار لمليارات السنين.

إذن، كيف يساعدنا ذلك على فهم كيف ورث شريف شعرًا مجعدًا؟ حسنًا، ينتمي الزوج رقم واحد من الكروموسومات لدى منى إلى كلتا جدتيها، حيث إن كلتيهما تتمتعان بشعر ناعم. إذن، هل علينا رسم جميع كروموسومات أجداد منى بعد ذلك؟ بالتأكيد لا، لأن استخدام بعض المصطلحات أسهل وأقل تعقيدًا لتمثيل كل تلك الكروموسومات التي دمجتها وخلطتها وتقاسمتها الأجيال فيما بينها. لذا سنواصل البحث، لكننا سنستخدم مصطلحات أكثر وأشكالًا توضيحية أقل.

نعلم بالفعل أن الجين هو مقطع من الحمض النووي ‪(DNA)‬‏ يشفر البروتين ويمكن أن يؤثر على صفاتنا. ونعلم أيضًا أن الحمض النووي يلتف في صورة تراكيب تسمى كروموسومات، وفي هذه الحالة، نجد أن شعر شريف المجعد يرجع إلى الجين المسئول عن ملمس الشعر الموجود على الكروموسوم رقم واحد. ونعلم أيضًا أن المعلومات الوراثية الموجودة في كروموسومات والدي شريف أو والدي أي شخص آخر متشابهة ولكنها غير متماثلة، نظرًا لأن الوالدين غير متماثلين تمامًا. لذا، يمكن أن يختلف الجين المسئول عن ملمس الشعر مما يؤدي إلى ظهور ملمس مختلف للشعر كالشعر الناعم أو المجعد.

تسمى النسخ المختلفة من الجين نفسه أليلات، وتستخدم الحروف لتمثيلها. دعونا نفترض أن الحرف ‪S‬‏ الكبير يمثل الأليل المسئول عن الشعر الناعم، وأن الحرف ‪s‬‏ الصغير يمثل الأليل المسئول عن الشعر المجعد. هذان المصطلحان، الجين والأليل، يقابلان المصطلحين التاليين، الخاصية والصفة. الخاصية هي سمة مشتركة بين الكائنات الحية التي تنتمي لنفس النوع، والمثال الذي نتناوله هنا هو ملمس الشعر. إذن، في هذا المثال، تكون الخاصية هي ملمس الشعر، ويكون لملمس الشعر جين خاص به. ونظرًا لأن الخصائص هي نسخ من خاصية معينة، كالشعر الناعم أو المجعد في هذا المثال، فهي تشير إلى مزيج الأليلات التي يرثها كل شخص من والديه. إذن، تشير الجينات إلى الخصائص، مثلما تشير الأليلات إلى الصفات.

بعد ذلك، دعونا نلق نظرة على الأليلات السائدة والمتنحية. لدينا هنا الزوج رقم واحد من الكروموسومات الذي يحمل الجين المسئول عن ملمس الشعر الذي نتحدث عنه في هذه الحالة، ولدينا الأليلان المسئولان عن نسيج الشعر الناعم أو المجعد، والحرف ‪S‬‏ الكبير والحرف ‪s‬‏ الصغير اللذان نستخدمهما لتمثيلهما. إذا ورث شخص ما الأليلين الممثلين بحرفي ‪S‬‏ كبيرين، فسيكون له شعر ناعم. وسيظل شعره ناعمًا حتى إذا لم يرث سوى أليل واحد ممثل بالحرف ‪S‬‏ الكبير. لكن وراثة الأليل الممثل بالحرف ‪s‬‏ الصغير من كلا الوالدين تؤدي إلى اكتساب صفة الشعر المجعد. من السهل أن نلاحظ أن وجود الأليلين الممثلين بحرفي ‪S‬‏ كبيرين يؤدي إلى اكتساب شعر ناعم، في حين أن وجود الأليلين الممثلين بحرفي ‪s‬‏ صغيرين يؤدي إلى اكتساب شعر مجعد.

لكن لم يصبح للشخص الذي يمتلك أليلين أحدهما ممثل بحرف ‪S‬‏ كبير والآخر ممثل بحرف ‪s‬‏ صغير شعر ناعم؟ على الرغم من أن التفاصيل قد تتغير، فإن تعبير بعض الأليلات يمكن أن يحجب أو يغطي تعبير أليلات أخرى. وفي هذه الحالة، يغطي الأليل المسئول عن الشعر الناعم الأليل المسئول عن الشعر المجعد. إذن، يمكننا القول إن الأليل المسئول عن الشعر الناعم سائد على الأليل المتنحي المسئول عن الشعر المجعد. ونستخدم الحروف الكبيرة لتمثيل الأليلات السائدة، والحروف الصغيرة لتمثيل الأليلات المتنحية.

بعد ذلك، سنلقي نظرة على مجموعة أخرى مكونة من مصطلحين، وهما النمط الجيني والنمط الظاهري. يشير مصطلح «النمط الظاهري» إلى الصفات الجسدية للكائن الحي. وفي هذا المثال، يمكن أن تكون هذه الصفات إما شعرًا ناعمًا وإما شعرًا مجعدًا، في حين يشير مصطلح «النمط الجيني» إلى التركيب الجيني لكائن ما، ويتكون عادة من حرفين يمثلان أليلي الجين. في هذا المثال، يمثل النمطان الجينيان اللذان ينتج عنهما الشعر الناعم بحرف ‪S‬‏ كبير وحرف ‪S‬‏ كبير أو بحرف ‪S‬‏ كبير وحرف ‪s‬‏ صغير. والنمط الجيني الوحيد الذي ينتج عنه شعر مجعد يمثل بحرفي ‪s‬‏ صغيرين.

هناك مجموعة أخرى مكونة من مصطلحين يمكن استخدامهما لمساعدتنا على تفادي الاستخدام المتكرر للحروف الكبيرة والصغيرة. وهذان المصطلحان هما متماثل الزيجوت ومتغاير الزيجوت. يعني مصطلح متماثل الزيجوت وجود أليلين متماثلين للجين. إذن، يمكن أن يكون لدينا حرفان كبيران لنمط جيني ويكون متماثل الزيجوت ذا أليلين سائدين. أو يمكن أن يكون لدينا حرفان صغيران للجين، ويكون متماثل الزيجوت ذا أليلين متنحيين. ومن ناحية أخرى، يشير مصطلح متغاير الزيجوت إلى وجود أليلين مختلفين للجين مثل الحرف ‪S‬‏ الكبير والحرف ‪s‬‏ الصغير في هذا المثال.

حسنًا، لقد تناولنا جميع المصطلحات الأساسية لعلم الوراثة التي نحتاج إلى معرفتها هنا. إذن، دعونا نستخدمها ونكتشف في النهاية كيف ورث شريف شعره المجعد.

هذه هي عائلة شريف. ويتميز جميع أفرادها بشعر ناعم ما عدا شريف. إذن، لنستخدم ما تعلمناه لفهم ذلك. نلاحظ هنا الزوج رقم واحد من الكروموسومات، وموقع الجين المسئول عن ملمس الشعر، الذي يحدد ملمس شعر شخص ما. يظهر هذا الجين في صورة نسختين أو أليلين مختلفين. ينتج عن أحد الأليلين شعر ناعم، في حين ينتج عن الآخر شعر مجعد. يعبر عن الأليلات السائدة بحرف كبير، ويعبر عن الأليلات المتنحية بحرف صغير. وبما أن كل فرد من أفراد العائلة سيرث اثنين من هذه الأليلات، أحدهما من الأم والآخر من الأب، فسيصبح هناك ثلاثة أنماط ممكنة لمزيج الأليلات: حرف ‪S‬‏ كبير وحرف ‪S‬‏ كبير، حرف ‪S‬‏ كبير وحرف ‪s‬‏ صغير، حرف ‪s‬‏ صغير وحرف ‪s‬‏ صغير.

يسمى مزيج الأليلات هذا الأنماط الجينية. النمط الجيني الذي يحتوي على اثنين من الأليل نفسه يسمى متماثل الزيجوت. إذا كان كلا الأليلين سائدين، فيمكننا القول إن النمط الجيني متماثل الزيجوت ذو أليلين سائدين. وإذا كان هناك أليلان متنحيان، فيمكننا القول إن النمط الجيني متماثل الزيجوت ذو أليلين متنحيين. والنمط الجيني الذي يحتوي على جين سائد وجين متنح يسمى متغاير الزيجوت. وأخيرًا، النمط الظاهري هو التعبير عن النمط الجيني جسديًّا. إذن، ما دام هناك أليل سائد واحد على الأقل، فسيكون النمط الظاهري للشعر ناعمًا. لكن إذا كان الأليلان متنحيين، فسيكون الشعر مجعدًا.

والآن، يمكننا استخدام هذه المعلومات لإضافة حرف ‪S‬‏ كبير إلى النمط الجيني لكل أفراد العائلة الذين يتمتعون بشعر ناعم، وذلك لأننا نحتاج إلى حرف ‪S‬‏ كبير واحد فقط لاكتساب خاصية الشعر الناعم. يمكننا أيضًا ملء النمط الجيني لشريف بحرفي ‪s‬‏ صغيرين، لأن هذه هي الطريقة الوحيدة التي يمكنه من خلالها اكتساب شعر مجعد بشكل طبيعي. أي مكان آخر يمكننا وضع حرفي ‪s‬‏ صغيرين فيه؟ إذا فكرت في وضع واحد عند كل من والدة شريف ووالد شريف، فأنت على صواب. فمن الحتمي أن يكون لدى كل منهما أليل ممثل بحرف صغير ‪s‬‏ أو ما يسمى بالأليل المتنحي المسئول عن الشعر المجعد لتوريثه لشريف حتى يصبح له شعر مجعد.

ما زال لدينا حرف ‪s‬‏ صغير واحد يمكننا وضعه في أحد الفراغات الأربعة المتبقية. إذن، أين ينبغي وضعه؟ نعم، عند منى. فوالد منى يستطيع فقط نقل الأليلات الممثلة بحرف ‪s‬‏ صغير إليها، في حين تمنحها والدتها مريم أليلًا سائدًا مسئولًا عن الشعر الناعم. ونحن نعرف ذلك بالتأكيد نظرًا لأن النمط الظاهري لشعر منى ناعم. حسنًا، لقد توصلنا إلى تفسير ذلك! فقد استخدمنا مصطلحات جديدة واعتمدنا على فهمنا للوراثة الجينية لنحدد كيف يمكن لشريف أن يرث هذا الشعر المجعد وسط عائلة يتمتع جميع أفرادها بشعر ناعم.

دعونا نتناول بعد ذلك مسألة تدريبية تتعلق بالوراثة الجينية.

يحمل نبات بازلاء الأليلين الآتيين الممثلين بحرفي ‪P‬‏ كبيرين لصفة لون الأزهار الأرجواني. أي من المصطلحات الآتية يمكن استخدامه لوصف نبات البازلاء؟ (أ) متماثل الزيجوت ذو أليلين متنحيين، (ب) متماثل الزيجوت ذو أليلين سائدين، (ج) متغاير الزيجوت ذو أليلين متنحيين، (د) متغاير الزيجوت ذو أليلين سائدين.

لتحديد الخيار الصحيح يجب توافر المعرفة الأساسية اللازمة لفهم الوراثة الجينية والمصطلحات المستخدمة لمناقشة هذا النوع من العلوم، وخاصة الأليلات. حسنًا، لنبدأ الحل عن طريق ربط مصطلح الأليلات بنبات البازلاء. لكي نصل إلى الأليلات، علينا النظر داخل إحدى خلايا نبات البازلاء، وتحديدًا داخل النواة حيث توجد الكروموسومات التي تحتوي على الحمض النووي ‪(DNA)‬‏. يحتوي نبات البازلاء على 14 كروموسومًا، لكن نلاحظ هنا أن هذه الخلية تحتوي على سبعة كروموسومات زرقاء فقط حتى الآن، وذلك لتوضيح أن نصف كروموسوماتها يأتي من أحد النباتين الأبوين، في حين يأتي هذا النصف الأخضر من النبات الأبوي الآخر. لكن لرؤية الأليلات، لا بد أن نلقي نظرة فاحصة على الزوج رقم واحد من الكروموسومات هنا، حيث يوجد جين لون الزهرة.

تذكر أن الجينات هي مقاطع من الحمض النووي عادة ما تشفر البروتينات وتؤثر على صفات الكائن الحي، كاللون مثلًا. وهي الموضع الذي نجد فيه الأليلين أيضًا. بما أن نباتات البازلاء والبشر والأنواع الأخرى التي تتكاثر جنسيًّا تستقبل كروموسومًا واحدًا من كل زوج من كلا الأبوين، فإن المعلومات الوراثية الخاصة بالكروموسومات متشابهة إلى حد كبير لكنها تكون عادة غير متماثلة تمامًا. إذن، فالأليلات هي نسخ مختلفة من الجين نفسه، وتؤدي إلى ظهور صفات مختلفة، مثل اكتساب نبات البازلاء لأكثر من لون واحد محتمل للزهرة.

لكن يبدو أن الأليلين في السؤال متماثلان، ويؤديان إلى ظهور زهرة أرجوانية اللون. ويمثل كل أليل بحرف ‪P‬‏ كبير. لكن لم بحرف ‪P‬‏ كبير وليس بحرف ‪p‬‏ صغير؟ حسنًا، تمثل الحروف الكبيرة الأليلات السائدة. ومصطلح «سائد» مهم في هذه المسألة، إلى جانب مصطلح «متنح». وتمثل الأليلات المتنحية بحروف صغيرة. وهذا ما يقودنا إلى مصطلح «النمط الجيني». بما أنه لا يوجد سوى أليلان محتملان فقط لهذا الجين، أي حرف ‪P‬‏ كبير وحرف ‪p‬‏ صغير، فسيكون لدينا ثلاثة أنماط جينية محتملة. قد يكون لدينا حرف ‪P‬‏ كبير وحرف ‪P‬‏ كبير، كما في هذا السؤال، وقد يكون لدينا حرف ‪P‬‏ كبير وحرف ‪p‬‏ صغير، أو قد يكون لدينا حرف ‪p‬‏ صغير وحرف ‪p‬‏ صغير.

يمكن استخدام مصطلح «متماثل الزيجوت» للأنماط الجينية التي تحتوي على أليلات متماثلة مثل الحرف ‪P‬‏ الكبير والحرف ‪P‬‏ الكبير، أو الحرف ‪p‬‏ الصغير والحرف ‪p‬‏ الصغير. ويمكننا توسيع نطاق هذين المصطلحين من خلال إضافة مصطلحي «سائد» و«متنح». النمط الجيني الممثل بالحرف ‪P‬‏ الكبير والحرف ‪P‬‏ الكبير يمكن أن يسمى أيضًا متماثل الزيجوت ذا أليلين سائدين، والنمط الجيني الممثل بالحرف ‪p‬‏ الصغير والحرف ‪p‬‏ الصغير يمكن أن يسمى أيضًا متماثل الزيجوت ذا أليلين متنحيين. والنمط الجيني الذي يحتوي على أليل ممثل بحرف كبير وأليل ممثل بحرف صغير يسمى «متغاير الزيجوت». وبذلك، نحن مستعدون للإجابة عن هذا السؤال. أي من المصطلحات الآتية يمكن استخدامه لوصف نبات بازلاء به الأليلان الممثلان بحرفي ‪P‬‏ كبيرين؟ والإجابة هي متماثل الزيجوت ذو أليلين سائدين.

هذه بعض النقاط الرئيسية التي تناولناها في الفيديو. يحدد العديد من خصائصنا عن طريق مقاطع من الحمض النووي ‪(DNA)‬‏ تسمى الجينات. ويلتف الحمض النووي في صورة تراكيب تسمى كروموسومات. نرث نصف كروموسوماتنا من كل فرد أبوي، وبذلك تتكون أزواج من الكروموسومات. يمكن أن يكون للجين أكثر من صورة واحدة تسمى الأليلات. ونحصل على أليل واحد من كل فرد أبوي لمعظم جيناتنا. يعبر عن الأليلات السائدة عند وجود أليل واحد أو اثنين من هذه الأليلات، وتمثل بحروف كبيرة. ويعبر عن الأليلات المتنحية عند وجود نسختين منها بالضرورة، وتمثل بحروف صغيرة.

يشير النمط الجيني إلى التركيب الجيني للكائن الحي، وعادة ما يكتب في صورة أزواج من الحروف لجين معين. بالنظر إلى هذا الشكل إذن، يمكننا أن نحصل على مزيج من الأليلات مثل الحرف ‪B‬‏ الكبير والحرف ‪B‬‏ الكبير، أو الحرف ‪B‬‏ الكبير والحرف ‪b‬‏ الصغير، أو الحرف ‪b‬‏ الصغير والحرف ‪b‬‏ الصغير. ويمكننا أيضًا استخدام مصطلحات مثل: متماثل الزيجوت ذي أليلين سائدين، أو متغاير الزيجوت، أو متماثل الزيجوت ذي أليلين متنحيين، لوصف هذه الأنماط الجينية. وأخيرًا، فإن مصطلح النمط الظاهري هو التعبير عن خاصية معينة جسديًّا.