تنوع ژنتیکی ١

اهداف:

آشنایی با مفهوم تنوع ژنتیکی

آشنایی با انواع روش های ایجاد تنوع ژنتیکی

آشنایی با تنوع ژنتیکی در باکتری ای کولی

شرح درس:

هر چند که تنظیم بیان ژن می تواند در تمام موجودات اتفاق بیافتد اما نتیجه حاصل از این عمل ایجاد تنوع ژنتیکی در ذخیره ژنومی موجودات است. تنوع ژنتیکی در معنای عام شامل تنوع ژنوم هایی است که منجر به پیدایش افراد مختلف شده اند. این اصلاحات شامل اختلافات کوچک بین اعضای یک گونه و شامل اختلافات خیلی بزرگتر بین ژنوم گونه های مختلف نیز می شود.

منشاً تمامی تغییرات ژنتیکی تغییر در توالی نوکلئوتیدی DNA می باشد که سبب تغییر توالی نوکلئوتیدی و در نتیجه محتوای اطلاعاتی آن می گردد. برخی از این اشتباهات جزیی بوده و توسط سیستم های ترمیم ذکر شده در طرح ”‌ سیستم ترمیمی DNA" ، تصحیح می گردد. اما انواع بزرگتری از این تغییرات وجود دارد که در مقیاس بزرگتری در ژنوم روی می دهد. این تغییرات را می توان در موارد ذیل دسته بندی نمود:

بازآرایی وسیع توالی های نوکلئوتیدی

مضاعف شدن تک تک ژن ها یا حتی قطعات بزرگتری از ژنوم

حذف قطعاتی از ژنوم انتقال بخشی از یک کروموزوم به کروموزوم دیگر

این نوع باز آرایی های بزرگ حاصل فرایندهای مختلفی همچون نوترکیبی DNA و فعالیت ویروس ها و عناصر متحرك ژنتیكی هستند که می توانند از DNA خارج یا وارد آن شوند.

در طرح " بیماری های مربوط به تغییرات در ساختار کروموزوم ها" با مفهموم جهش آشنا شده ایم. به طور خلاصه هر عاملی که سبب تغییر در روند قرار گیری بازها در کنار هم گردد نوعی جهش محسوب می گردد. جهش ها، تنها منشا تنوع ژنتیکی نیست. در حیواناتی که به طریقه ی جنسی تولید مثل می کنند اختلافات ژنتیکی بین افراد عمدتاً ناشی از جور شدن مجدد خزانه ژنی گونه ها و تولید ترکیبات جدید ژنی در افراد است.

مطالعه روی تنوع ژنتیکی را با مطالعه روی پروکاریوت ها و از این دسته نیز با اشرشیاکلی یا به اختصار ای کولی شروع می کنیم.

این باکتری در انسان و سایر پستانداران رابطه همزیستی دارد. این باکتری در روده ی بزرگ ما سکونت دارد و از مواد غذایی که در معده و روده ی کوچک هضم و جذب نشده اند استفاده می کنند. سهولت رشد، توزیع گسترده ی ای کولی، سرعت زیاد تقسیم باکتری و وجود تنها یک نسخه از ژنوم خود (هاپلوئیدی) این موجود را برای مطالعه تنوع ژنتیکی مناسب می کند. زیرا زمانی که در ژن های باکتری جهش روی می دهد نتیجه آن تغییری ارثی قابل تشخیص در فنوتیپ باکتری خواهد شد. اما در موجودات دیپلوئید لزوماً با تغییر فنوتیپ همراه نخواهد بود زیرا هر سلول حاوی یک نسخه ی جهش نیافته از همان ژن است که اغلب می تواند اثر ژن جهش یافته را خنثی کند. ای کولی از طریق غیرجنسی و به شکل دو نیمه شدن تقسیم می شود. به این ترتیب که پس از همانندسازی DNA این موجود هر نسخه از آن به یکی از دو انتهای باکتری رانده می شود و باکتری از وسط نصف می گردد و دو سلول دختری به وجود می آید.

اگر مشکلی در همانندسازی DNA خطایی روی نداده باشد هر کدام از این دو سلول دختری حاوی ژنومی همانند ژنوم سلول والد هستند. ژنوم ای کولی یک مولکول حلقوی DNA حاوی 5-4 میلیون زوج نوکلئوتید است که توان رمزگذاری 3000 پروتئین مختلف را دارد. همان طور که در طرح " همانند سازی(4)" میزان خطا در فرایند ترمیم بسیار کم است اما به دلیل سرعت زیاد تقسیم ای کولی جمعیت بسیار بزرگی از این باکتری ها تولید می شود که در مجموع اشتباهات فراوانی در آن ها روی  می دهد. سرعت تکثیر به شکلی است که یک سلول ای کولی می تواند در کمتر از یک روز بیشتر از تعداد کل انسان های موجود در کره زمین باکتری تولید کند.

تنظیم: مهسا شاه حسینی