علم الوراثة - الجينات الوراثية

تعريف علم الوراثة - السلسلة الوراثية والجينات - علم الجينات


ذلك الفرع من علم الأحياء الذي يدرس الصفات الوراثية وانتقالها من الآباء إلى الأبناء
ويبحث في تفسير أسباب التشابه والاختلاف بين الأفراد
التي تجمعها صفة القرابة ومعرفة نظم انتقال هذه الصفات من جيل إلى جيل آخر .

فوائد دراسة علم الوراثة وتطبيقاته العملية:
1. إنتاج سلالات قوية من الحيوانات الداجنة .
2. إمدادنا طبياً بالمعلومات عن الأمراض الوراثية وكيفية الوقاية منها.
3. دراسة التشوهات الخلقية وتقديم الاستشارات الوراثية .
4. إنتاج نباتات مقاومة للأمراض وذات محصول وفير .

مندل وتجاربه في الوراثة:

درس مندل 7 صفات وراثية في نبات البازيلاء
وقد ركز في تجاربه على دراسة كل صفة وراثية على حدة , مما سهل عليه لاحقاً التوصل إلى النتائج والفرضيات التي شكلت الأساس لعلم الوراثة وتطوره .

لماذا كان نبات البازيلاء اختياراً موفقاً لتجارب مندل ؟

1. عمر الجيل قصير نسبياً (عدة أشهر)
2. سهل الزراعة والتلقيح .
3. يحتوى نبات البازيلاء على مجموعة من الصفات المتضادة والتي يسهل ملاحظتها وتمييزها .

خطوات تجارب مندل :

أولى تجارب مندل كانت دراسة آلية توارث صفة طول ساق نبات البازيلاء , وقد لجأ في البداية إلى التأكد من النقاوة السلالية للأفراد المتزاوجة من بعضها بالنسبة للصفة الوراثية المدروسة . وتوصل إلى ذلك بالسماح للنباتات بأن تلقح لعدة أجيال حتى تثبت الصفة في جميع الأفراد وتصبح متشابهة فيما بين الأبناء من جهة والآباء والأجداد من جهة ثانية .
لقد ترك مندل أزهار نبات البازيلاء طويل الساق تلقح ذاتياً حتى حصل على صفات نقية في هذه النباتات . وكذلك فعل مع أزهار نبات البازيلاء قصير الساق , التي تُركت تتلقح ذاتياً حتى حصل على صفات نقية في هذه النباتات .
وبعد حصوله على البذور من النباتات ذات الصفات النقية تابع مندل تجاربه بإجراء تلقيح خلطي بين السلالات النقية التي تحمل صفات متضادة .
دراسة توارث صفة طول ساق نبات البازيلاء :

1. نقل حبوب اللقاح من متك نبات طويل الساق(من سلالة نقية) إلى مياسم نبات
قصير الساق (من سلالة نقية) وسمى هذين النباتين الآباء .
2. زرع البذور الناتجة من النباتات وعندما نمت وجد ان النباتات جميعها كانت طويلة الساق . وقد سمى مندل هذه النباتات أفراد الجيل الأول
3. زرع مندل نباتات الجيل الأول بعد أن سمح لها بالتلقيح الذاتي فحصل على نباتات طويلة الساق ونباتات قصيرة الساق بنسة 3 : 1 وسماها بأفراد الجيل الثاني . أجرى مندل هذه التجربة أيضاً مع عكس عملية التلقيح(أي نقل حبوب لقاح من متك نبات قصير الساق إلى مياسم نبات طويل الساق) .

الوراثة والإحتمالات:

بنى مندل إستنتاجات تجاربه على قوانين الاحتمالات الرياضية التي تمكننا من تقدير نسبة حدوث الفُرص .
مثال :
* إذا رمينا قطعة نقود معدنية (وجه / خلف) مرات عديدة ، فإن نسبة ظهور الوجه هي 50% من مجموع عدد مرات الرمي
ونسبة ظهور الخلف كذلك هي 50% من مجموع عدد مرات الرمي .
وبالمثل فإن احتمال إنجاب امرأة حامل لذكر = 50% واحتمال إنجابها لأنثى =50%
ومن أسس الإحتمالات المعروفة القاعدة التي تنص على أن مجموع جميع الاحتمالات في أي عملية يساوي الواحد الصحيح (1).
مجموع إحتمالات ظهور (وجه) + مجموع إحتمالات ظهور (خلف) = 1
50% + 50% = 1

من أسس نظرية الاحتمالات :

1. يكون مجموع جميع الاحتمالات في أي عملية يساوي 1.
2. احتمال حدوث حدثين مستقلين في نفس الوقت مع بعضهما البعض هو ناتج ضرب احتمال كل منهما على حدة.
إنّ أبسط العمليات في الوراثة تشبه رمي قطعتين من النقود في نفس الوقت .
وليس عليك سوى استخدام الجاميتات بدلاً من النقود واعتبار التراكيب الممكنة للعوامل الوراثية بدلاً من التراكيب الممكنة لوجهي قطعتي النقود .

مندل والعوامل الوراثية:

عمل مندل جاهداً على تفسير الملاحظات التي تجمعت لديه أثناء إجراء تجاربه ,
وقد استفاد في سعيه هذا من خبرته ومعرفته الجيدة بقوانين الاحتمالات الرياضية .
لقد توقع مندل أن ما يجعل نبات البازيلاء طويل الساق أو قصيره , وقرونه صفراء أو خضراء اللون
ضوابط داخلية سماها العوامل الوراثية .
وحيث أنه لم يكن معروفاً في عصره دور الكروموسومات والجينات في توارث الصفات .
فقد افترض مندل في تفسير نتائجه أنه يتحكم بكل صفة وراثية عاملان منفصلان واحد من كل أب .
العوامل الوراثية عند مندل تعرف حالياً بالجينات ولتفسير ظهور صفة واحدة بين أفراد الجيل الأول اعتبر مندل أن أحد العوامل الوراثية تكون له سيادة تامة على العامل الوراثي الثاني بحيث يستر ( يخفي ) أثره .
ففي تجربة مندل لدراسة طول الساق , اعتبر مندل أن العامل الوراثي لصفة طول الساق في نبات البازيلاء هو عامل سائد سيادة تامة أخفى أثر العامل الوراثي (المتنحي ) لصفة قصر الساق . وفي دراسته لنتائج تجربته لدراسة لون القرون , اعتبر مندل أن العامل الوراثي لصفة القرون الخضراء في نبات البازيلاء هو عامل سائد سيادة تامة على العامل الوراثي لصفة القرون الصفراء ويستر أثره ( عامل متنحي ).
لتوضيح الأمر هنا , نستخدم الأحرف اللاتينية الكبيرة Capital letters
للدلالة على العامل الوراثي السائد ونستخدم الأحرف اللاتينية الصغيرة Small letters للدلالة على العامل الوراثي المتنحي .
العامل الوراثي لصفة قصر الساق t
العامل الوراثي لصفة طول الساق T
العامل الوراثي لصفة القرون الصفراء g
العامل الوراثي لصفة القرون الخضراء G

*جيل الآباء :
نباتات قصيرة الساق ( نقية ) tt
نباتات طويلة الساق (نقية )TT
نباتات ذات قرون صفراء ( نقية ) gg
نباتات ذات قرون خضراء ( نقية ) GG

* الجيل الأول ( الأبناء )
نباتات ذات قرون خضراء ( غير نقية ) Gg
نباتات طويلة الساق ( غير نقية ) Tt
تدعى الصفة التي تظهر في أفراد الجيل الأول بالصفة السائدة أو الراجحة .
وتدعى الصفة التي تختفي ظاهرياً في الجيل الأول بالصفة المتنحية.
ولكن كيف تمكن مندل من تفسير النتائج التي ظهرت بين أفراد الجيل الثاني !!!
مادة الوراثة في الخلية:
لم يكن معروفاً في عصر مندل دور الكروموسومات والجينات في توارث الصفات .
ولهذا فقد افترض مندل في تفسير نتائجه انه يتحكم بكل صفة وراثية عاملان منفصلان
واحد من كل أب وتعرف العوامل الوراثية عند مندل حالياً بالجينات.
لقد عرفت من دراستك السابقة أن النواة تعمل في الخلية على تنظيم الأنشطة الحيوية ،
وستعرف هنا أنها مستودع لمادة الوراثة التي تحدد صفات الكائن الحي .
في كل خلية من بلايين الخلايا في الجسم ، معلومات وراثية كاملة ، محفوظة في داخل النواة التي توجد في وسط الخلية
تحتوي النواة على خيوط دقيقة وطويلة من الحمض النووي DNA .
وهذه الخيوط الطويلة والأرق من خيوط الملابس بملايين المرات ، تلتف وتجدل بشكل محكم لتصبح كروموسوماً .
ولهذا فإن الكروموسومات في الواقع عبارة عن خيط طويل ملتف من الحمض النووي DNA .
أ و نقول أن الكروموسومات : تراكيب خيطية الشكل ، موجودة داخل النواة تحتوي على مادة DNA المسؤولة عن حمل الجينات الوراثية .
يتكون الكروموسوم من 60 % بروتين الهتسون ، 35 % RNA %5 , DNA
وتسمى المادة الوراثية التي تحملها الكروموسومات بالجينات .
و يحمل الكروموسوم الواحد عدداً كبيراً من الجينات المسؤولة عن الصفات الوراثية .
الجزء المسؤول عن نقل الصفات الوراثية خلال الأجيال هو الكروموسوم.

الكروموسومات في خلايا الإنسان :
تنتقل الصفات الوراثية من الآباء إلى الأبناء على شكل جُسيمات دقيقة جداً تُسمى الكروموسومات (صبيغات وراثية)
يبلغ عدد الكروموسومات في كل خلية من خلايا جسمنا 46 كروموسوماً تكون على صورة 23 زوج ، وكل زوج منها عبارة عن كروموسومين .

نُعطي كل زوج من هذه الأزواج المتطابقة رقماً يميزه عن الآخر ، ابتداءً برقم واحد للزوج الأول وصولاً إلى رقم 23 للزوج الأخير .
ونسمي الزوج رقم 23 زوج الكروموسومات الجنسية ، وذلك تمييزاً لها عن بقية الأزواج الكروماسيمية ، من 1 إلى 22 والتي تُسمى أزواج الكروموسومات غير الجنسية .فإذا قارنا الزوج الجنسي عند الذكور والإناث ، لوجدنا أن زوج الكروموسومات الجنسي عن الإناث تقريباً متطابقين (أي متشابهين كثيراً في الشكل والطول) وكل واحد منهما نرمز إليه X . بينما الكروموسومين في الزوج الجنسي لدى الذكور مختلفين , فواحد منهما يُرمز له بالحرف اللاتيني X (وهو يشبه كروموسوم X لدى الإناث) بينما الآخر مختلف فهو أقصر بكثير من كروموسوم X ويُرمز إليه بالحرف اللاتيني Y
يبدأ الإنسان حياته بخلية واحدة فيها 46 كروموسوم وعندما يكتمل بناء الجسم نجد أن الإنسان يتكون من بلايين الخلايا المتراصة ,
ولكل خلية نواة مملوءة بـِ 46 كروموسوم ، ويستثنى من ذلك الخلايا الجنسية (الحيوان المنوي والبويضة) ففي كل منها 23 كروموسوم فقط .
وعندما يلقح الحيوان المنوي بالبويضة (أي تندمج مع بعضها)
فإن العدد الكامل للكروموسومات يكتمل فيصبح داخل الخلية الجديدة هذه 46 كروموسوم .

تحديد جنس الجنين
في عام (1890) تبين للعلماء أن كل كروموسومات الذكور والإناث متشابهة ما عدا زوجاً واحد منها هو الكروموسومان الجنسيان .
إذ تبين أنهما مسؤولان عن تحديد جنس الجنين .
وسميت بقية الكروموسومات , الكروموسومات الجسمية ( اللاجنسية).
وهكذا فكل خلية من خلايا جسم الإنسان تحتوي على 23 زوج من الكروموسومات 22 منها جسمي , وزوج واحد من الكروموسومات الجنسية .
يتوفر في الإنسان الذكر نوعين من الجاميتات احدهما
يحمل الكروموسوم الجنسيX والآخر يحمل الكروموسوم الجنسي Y
أما الانثى فتحمل زوج الكروموسومات الجنسي XX .
ولذلك يتبين لنا هنا أن الرجل هو الذي يحدد جنس الجنين لأنه يحمل نوعين من الجاميتات هما Y ، X .
بينما تُكون المرأة نوعاً واحداً من البويضات X .
في الطيور والفراش وبعض الأسماك الذي يحدد الجنس هو الأنثى لأنها تحمل XY والذكر يحمل XX.