المحتوى الجيني: التركيب والجينات والتسلسلات المتكررة

تركيب المحتوي الجيني

المحتوى الجيني للفرد هو كل الجينات أو DNA الموجودة في خلية هذا الفرد. في عام 1977م توصل الباحثون إلى طرق يمكن بها تحديد تتابعات النيوكليوتيدات في جزيئات RNA وDNA. وبذلك الاكتشاف أمكن  معرفة ترتيب الجينات داخل جزيئات DNA في الخلية.

- الـ DNA المشفر (الجينات)

DNA يحتوي على جينات تحمل التعليمات اللازمة لـبناء مركبات بروتينية. ويحمل تتابع النيوكليوتدات التي ينسخ منها جزيئات RNA الريبوسومي الذي يدخل في بناء الريبوسومات. وتتابع النيوكليوتيدات التي ينسخ منها جزئ RNA الناقل الذي يحمل الأحماض الأمينية أثناء بناء المركبات البروتينية.

في أوليات النواة، تمثل الجينات المسئولة عن بناء RNA والبروتينات معظم المحتوى الجيني. وفي حقيقيات النواة، أقل من 70% من الجينات مسئول عن بناء البروتينات و RNA وباقي الجينات (أكثر من 30%) غير معلوم الوظيفة. والجينات المسئولة عن بناء RNA، منها تتابع النيوكليوتدات التي ينسخ منها جزيئات RNA الريبوسومي الذي يدخل في بناء الريبوسومات. وتتابع النيوكليوتيدات التي ينسخ منها جزئ RNA الناقل الذي يحمل الأحماض الأمينية أثناء بناء المركبات البروتينية. وتتابع النيوكليوتيدات التي ينسخ منها  RNA الرسول (mRNA).

توجد معظم جينات المحتوى الجيني فى الخلية بنسخة ‏واحدة. إلا أن بعض التتابعات يوجد منها نسخ ‏متكررة. توجد جينات بناء المواد التي تحتاجها الخلية ‏بكميات كبيرة في نسخ ‏متكررة. من أمثلة الجينات التي توجد في نسخ متكررة جينات بناء (‏RNA ‎‏ ‏الريبوسومي) و (الهيستونات). وذلك لأن ‏تكرارها بأعداد كبيرة يساعد على سرعة ‏إنتاج الخلية للريبوسومات والهيستونات فى ‏حقيقيات النواة

- التسلسلات المتكررة

التسلسلات المتكررة (الوحدات المتكررة أو التكرارات) هي أنماط قصيرة أو طويلة من الأحماض النووية (‏DNA‏ أو ‏RNA‏). ‏توجد في نسخ متعددة في جميع أنحاء الجينوم. في العديد من الكائنات الحية، يكون جزء ‏كبير من الحمض النووي الجينومي متكررًا. و أكثر من ثلثي التسلسل في البشر يتكون من ‏عناصر متكررة. بعض هذه التسلسلات المتكررة ضرورية للحفاظ على تراكيب ‏الجينوم المهمة مثل التيلوميرات أو السنتروميرات.‏

تصنف التسلسلات المتكررة إلى فئات مختلفة اعتمادًا على البنية ‏والطول والموقع والأصل وطريقة تكرارها. يمكن أن يتكون العناصر ‏المتكررة في جميع أنحاء الجينوم إما من صفائف متجاورة مباشرة تسمى التكرارات ‏الترادفية (tandem repeats). أو في تكرارات منتشرة في جميع أنحاء الجينوم تسمى التكرارات المتناثرة (interspersed repeats). ‏تصنف التكرارات الترادفية والتكرارات المتناثرة إلى فئات فرعية بناءً على طول ‏التسلسل المتكرر و/أو طريقة تكرارها.‏

في حين أن بعض تسلسلات الحمض النووي المتكررة مهمة لعمل الخلايا وصيانة ‏الجينوم، إلا أن بعض التسلسلات المتكررة قد تكون ضارة. فهناك العديد من ‏تسلسلات الحمض النووي المتكررة من له علاقة بأمراض بشرية مثل مرض هنتنغتون وترنح ‏فريدريك. بعض العناصر المتكررة محايدة، وتحدث اعتمادًا على كيفية حدوث النقل أو العبور. ومع ذلك، فإن ‏كثرة التكرارات المحايدة، قد يؤثر على تطور الجينوم، نظرا لزيادة تتراكمها ‏مع مرور الوقت. بشكل عام، تعد التسلسلات المتكررة مجالًا مهمًا للدراسة والبحث لأنها يمكن ‏أن تعطينا تصور أو رؤية عميقة عن تطور الأمراض البشرية وتطور الجينوم.

ومن أمثلة التتابعات المتكررة تتابع ‏النيوكليوتيدات القصير ‏A-G-A-A-G)‎‏) الذي يتكرر 100.000 مرة ‏في منتصف أحد صبغيات ذبابة الفاكهة.‏ وكذلك الجينات الطرفية الموجودة عند أطراف بعض ‏الصبغيات لاتحتوي على شفرة.‏ ‏

نظرة عامة عن التسلسلات المتكررة

في الخمسينيات من القرن الماضي، اكتشفت باربرا مكلينتوك (Barbara McClintock) الجينات النطاطة. كما بينت وظائف السنترومير والتيلومير في ندوة في كولد سبرينج هاربور. وقد مهد ‏ما قامت به مكلينتوك الطريق لاكتشاف التسلسلات المتكررة، فالجينات النطاطة وتركيب السنترومير، ‏وتركيب التيلومير كلها ممكنة من خلال التسلسلات المتكررة. استخدام (Roy ‎John Britten‏ و D. E. Kohne) مصطلح "التسلسل المتكرر" لأول مرة في عام .1968. فقد اكتشفوا أن أكثر من نصف ‏جينومات حقيقية النواة عبارة عن حمض نووي متكرر. وعلى الرغم من أن التسلسلات المتكررة ‏كانت محافظة وموجودة في كل مكان، إلا أن دورها البيولوجي لم يكن معروفًا بعد. في ‏التسعينيات، أجري المزيد من الأبحاث لتوضيح الديناميكيات التطورية للتوابع الدقيقة (minisatellite) وتكرارات التوابع الكبيرة (microsatellite) بسبب أهميتها في الطب ‏الشرعي القائم على الحمض النووي والبيئة الجزيئية. تم التعرف بشكل متزايد على ‏التسلسلات المتكررة المشتتة كمصدر محتمل للتنوع الجيني والتنظيمي. وقد أدي اكتشافات ‏الأمراض المرتبطة بالتسلسلات المتكررة إلى المزيد من البحث في ‏هذا المجال من الدراسة. في في العقد الأول من هذا القرن، أمكن استخدام بيانات التسلسل الكامل لجينوم حقيقيات النوى في تحديد مختلف الحفزات (promoters) ‏والمعززات (enhancers) والاحماض النووية الريبي التنظيمية. والتي تشفر لها مناطق ‏من تسلسلات متكررة. واليوم، يظل تركيب التسلسلات المتكررة ودورها التنظيمي محل أهتمام العلماء، ومجال خصب للبحث العلمي.

ولا يقتصر وجود نسخ متكررة في المحتوى الجيني على جينات بناء (‏RNA ‎‏ ‏الريبوسومي) و (الهيستونات).

اهمية التسلسلات المتكررة للخلية

للتسلسلات المتكرة اهمية تركيبية ووظيفية بكروموسومات حقيقة النواة. فالتسلسلات المتكررة ضرورية لتنظيم الوظائف الإضافية الضرورية لنسخ الجينوم ونقل النسخة الجديدة منه بدقة إلى الخلية البنوية. كما أن التسلسلات المتكررة عنصر أساسي للتفاعلات الجزيئية التي تشكل البروتين النووي (Nucleoproteins).

 ومن اهمية التسلسلات المتكررة للخلية أيضا انها تنسق تعبير مواقع الجينات غير المرتبطة. وتدخل في تركيب مناطق تنشيط واسكات الجينات. كما انها تدخل في تركيب منشأت التناسخ، والتليوميرات، والسنتروميرات. إضافة إلى أنها لها دور مهم في توزيع الكروموسومات إثناء انقسام الخلية وفي تزاوج الكروموسومات إثناء الانقسام الميوزي، وفي تنظيم الكروماتين وتوقيتات تعبير الجينات إثاء النمو.

العلاقة بين كمية‏DNA ‎‏ في المحتوى الجيني ومقدر تعقد الكائن الحي

‏كمية ‏DNA ‎‏ في المحتوى الجيني ‏ليس لها علاقة بمقدار تعقد الكائن ‏الحي أو عدد البروتينات التي ‏يكونها.‏ فكميةDNA ‎‏ في النبات ‏والحيوان التي تحمل شفرة ‏بناء البروتينات صغيرة جدا مقارنة بالمحتوى الجيني ككل..‏ مثال ذلك السلمندر محتواه الجيني يعادل 30 مرة قدر ‏المحتوى الجيني للإنسان. ومع ذلك تكون خلاياه كمية ‏أقل من البروتين مقارنة بخلايا الانسان. وذلك لوجود كمية كبيرة من DNA حيوان السلمندر بلا شفرة.

المراجع

https://link.springer.com/article/10.1007/s10577-015-9499-z

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/pdf/10.1017/S1464793104006657

https://www.researchgate.net/publication/12369187_Transposable_elements_as_the_key_to_a_21st_century_view_of_evolution