الجينات في بدائيات النوى: الجينات المشتقة ، الجينات المتداخلة ، الجينات الزائفة
اقرأ هذه المقالة للتعرف على الجينات في بدائيات النواة مثل جينات سبليت ، الجينات المتداخلة ، الجينات الزائفة!
في بدائيات النواة ، تكون تسلسلات الجينات متواصلة ، أي دون انقطاع ، مع استثناءات قليلة جدا.
بالإضافة إلى ذلك ، يتم تنظيم الجينات في مجموعات. كل من هذه المجموعة تشكل وحدة نسخ واحدة ، أي operon. كل operon لديها تسلسلها التنظيمية ، أي ، المنظم ، المشغل والجينات المروج. بشكل عام ، تحدث الجينات المختلفة كوحدات منفصلة منفصلة عن بعضها البعض ، ولكن بعض جينات بدائيات النواة قد تكون متداخلة. تقريبا جميع الجينات بدائية النواة هي وحدات وظيفية. لكن الجينات حقيقية النواة تقدم بعض المنظمات المثيرة للاهتمام مثل الجينات المشتتة ، والجينات المتداخلة ، والجينات الخادعة ، وما إلى ذلك.
تقسيم الجينات أو الجينات المتقطعة:
إن مناطق الترميز التي تحتوي على معلومات فعلية للجينات (exons) لمعظم جينات حقيقيات النوى يتم قطعها بواسطة عدد قليل من عدة سلاسل غير مسماة تسمى introns (من تسلسلات متداخلة) والتي يتم تقطيعها بعد النسخ. تسمى هذه الجينات الجينات المنقسمة حيث يتم تقسيم تسلسلات الترميز الخاصة بها إلى عدة أجزاء بسبب الإنترونات. لكن بعض جينات حقيقيات النوى لا تنقسم ، على سبيل المثال ، جينات هيستون لقنفذ البحر.
كان الجين الأول الذي تم وصفه في عام 1977 بواسطة بيير تشامبون وزملاؤه هو جينات البيضاوي من ترميز الدجاج لـ 386 بروتين بيضوي طويل الأمد من البيض.
ميزات مهمة للجينات المتقطعة:
1. يبدأ كل جين متقطع بـ "exon" وينتهي بـ exon.
2. تحدث الإكسونات بنفس الترتيب الدقيق في mRNA الذي تحدث فيه في الجين.
3. نفس التنظيم الجيني المتقطع موجود باستمرار في جميع أنسجة الكائنات الحية.
4. يتم حظر معظم introns في كل إطارات القراءة ، أي أن codons الإنهاء تحدث بشكل متكرر في إطارات القراءة الثلاثة الخاصة بهم. لذلك ، لا يبدو أن معظم introns لها وظائف ترميز.
أهمية الجينات المجزأة:
أهمية التنظيم المنفصل للجينات حقيقية النواة ليست واضحة.
1. في بعض الحالات ، exons مختلفة من رمز الجينات لمناطق نشطة مختلفة من جزيء البروتين ، على سبيل المثال ، في حالة الأجسام المضادة. وبالتالي ، فقد قيل إن الإنترونات هي من بقايا العمليات التطورية التي تجمع بين جينات أسلافية مختلفة لتشكيل جينات جديدة أكبر. من الممكن أيضًا إدخال بعض الإنترونات في بعض الإكسونات أثناء التطور.
2. قد توفر الإنترونات أيضًا زيادة معدلات إعادة التركيب بين exons من الجين ، وبالتالي قد يكون لها بعض الأهمية في التباين الوراثي.
3. ومن المعروف أن Introns رمز للإنزيمات المشاركة في معالجة الحمض النووي الريبي RNA (الحمض النووي الريبي غير المتجانسة).
الجينات المتداخلة:
إن تحديد تسلسلات النوكليوتيدات لبعض الجينومات الفيروسية مثل البكتريا (البكتيريا) (أظهرت ɸx174 بوضوح أن بعض الجينات على الأقل تتشارك في تسلسلاتها النواة كليًا أو جزئيًا ؛ هذه الجينات تسمى الجينات المتداخلة. تم العثور على جينات متداخلة في الفيروسات التالية ؛ MS2 ( وحيد الحمض النووي الريبي الذين تقطعت بهم السبل) ، SV40 (الحمض النووي المزدوج تقطعت بهم السبل) والعاثية ك (الحمض النووي المزدوج تقطعت بهم السبل) ، كما تم اكتشافه في التربتوفان مرنا من الإشريكية القولونية.
وبالنظر إلى التواجد الواسع للجينات المتداخلة ، يبدو أن هذه الظاهرة هي أداة اقتصادية لتحسين استخدام المادة الوراثية من خلال تعبئة المزيد من المعلومات الوراثية في DNA.
من غير المعروف ما إذا كانت الجينات المتداخلة تحدث في بدائيات النواة الأخرى وفي حقيقيات النواة ، أو إذا كانت مقتصرة على الفيروسات. لا يمكن للجينات المتداخلة أن تتعرض للطفرات في "مستقلة عن بعضها البعض ، أي أنها ستتغير مع بعضها البعض ، على الرغم من أن الانحطاط في الشفرة قد يسمح ببعض الاستقلالية. ولذلك ، فإن طفرة واحدة في المنطقة المتداخلة من هذه الجينات تؤدي في كثير من الأحيان إلى فقدان أنشطة اثنين من منتجات الجينات ، وبالتالي توليد عديد المظاهر.
الخادعة:
في الكائنات متعددة الخلايا ، تم العثور على مجموعة واسعة من تسلسل الحمض النووي ، والتي ليست ذات استخدام واضح. بعض هذه المتواليات هي نسخ معيبة من الجينات الوظيفية ، وبالتالي تسمى الجينات الخادعة. وتتشابه منظمتهم العامة مع تلك الجينات المتقطعة حيث أن لها تسلسلات تتطابق مع الإنترونات والإكسونين.
وهي غير وظيفية بسبب الطفرات التي تمنع واحدة أو أكثر ، وغالبا ما تكون أكثر من التالي: النسخ ، وترابط الرنا والترجمة (بسبب تكرار كثرة الكودونات). الجينات الخادعة هي سمات مشتركة في مجموعات الجينات وتحدث مع نظيراتها الوظيفية. وقد ذكرت هذه الجينات الخادعة في البشر والماوس وذبابة الدروسوفيلا. الأمثلة الأكثر شعبية من هذه الجينات الخادعة تشمل ما يلي.
(1) الجينات الخادعة من نوع α-globin و β-globin (Ψ) الموجودة في كل من مجموعتي الغلوبين.
(2) في الفأرة هناك عدد قليل من الجينات الخادعة الغلوبينية (Ψ) ، واحد منهم (3α3) يختلف عن الجينات الخادعة الأخرى لأنه لا يوجد لديه introns التي توجد في جينات الغلوبين وكذلك في الجينات الخادعة الأخرى.
(3) سلسلة UsnRNA من الجينات الخادعة في الكائنات البشرية تشمل الجينات الخادعة RNA U 1 U 2 و U 3 .
(رابعا) في ذبابة الفاكهة قد تم اكتشاف الجينات الخادعة هيستون. ،
العديد من الجينات الخادعة تفتقر إلى الإنترونات وتشبه النسخ الناضجة من الرنا المرسال (mRNA) لنظيراتها النشيطة ، وهي تسمى الجينات الخادعة المعالجة. ويعتقد أن هذه الجينات الخادعة هي نسخ عكسية من mRNAs الناضجة التي تدخل في الجينوم. وتحيط هذه الجينات بتكرار مباشر من 6-21 سنة مضت ، وتقع في أي مكان في الجينوم بغض النظر عن موقع الجينات الوظيفية المعنية. على سبيل المثال ، الجين الفأر Ta 3 غلوبين في الفأرة.
العائلات الجينية:
تتكون عائلة الجينات من جميع هذه الجينات التي لها تسلسلات مترابطة ويعتقد أنها نشأت من موروث سلف مشترك من خلال الازدواج الجيني والتباين الطفري اللاحق. يمكن تجميع أفراد عائلة الجينات معًا أو تفريقها على كروموسومات مختلفة.
بعض العائلات الجينية تتكون من أعضاء متطابقة. مثل هذه الجينات تحدث دائمًا في مجموعات ، ولديها جهازي (على مستوى أقل) لمئات من الجينات المتشابهة بالترادف. يحدث التكرار الترادفي المكثف للجين عادة عندما يكون المنتج الجيني مطلوبًا بكميات كبيرة بشكل غير معتاد ، على سبيل المثال ، جينات الحمض الريبي النووي الريبوزي ، جينات هيستون الخ.
أعضاء عائلة الجينات عادة ما يكون لها وظائف ذات الصلة. عندما تحدث الجينات ذات الصلة في عدة مواقع ، يُعتقد أنها نشأت من خلال نقل الأعضاء الموجودين في مجموعة. تصبح الجينات عادة متباعدة بعد أن تصبح مشتتة. في بعض الأحيان يكون جميع أفراد عائلة الجينات فعالين ، لكن في بعض الأحيان يكون بعض الأعضاء عبارة عن جينات خاطئة غير وظيفية.
يتكون الهيموجلوبين البشري البالغ من سلالتين متعددتين متماثلتين ، هما السلاسل ألفا وبيتا ، مشفرين بجينين متميزين. تكمن جينات الغلوبين في مجموعة على الكروموسوم 16 ، في حين توجد تلك الجينات لـ P-globin في الكروموسوم 11.
تحتوي المجموعة five على خمس جينات وظيفية (ε و Gy و Ay و δ و β) وجين خادع واحد (Ψβ1) ، في حين تحتوي مجموعة α على أربعة جينات وظيفية (ε 2 ، a 2 ، a 1 و θ ؛ وظيفة θ غير معروف) وثلاثة الجينات الخادعة (ييل ، vya2 ، yal). توجد منظمة مماثلة في مجموعات جينات غلوبين فقارية أخرى.
ويفترض أعضاء عائلة الجينات أن تكون مشتقات لجين أسلاف واحد. كان الجين السلفي قد خضع لعملية ازدواجية لإحداث نسختين من الجين. واحدة من هذه الجينات يمكن أن تراكم الطفرات دون فقدان الوظيفة المعنية.
وهذا من شأنه أن يؤدي إلى اختلاف بين نسختين من الجينات. هذه النسخ الجينية يمكن أن تخضع لمزيد من الازدواجية مما سيوفر المزيد من الفرص للاختلافات. هذا من شأنه أن يؤدي إلى وجود مجموعة جينية لديها أعضاء من عائلة الجينات.
يمكن أن تتوسع مجموعة الجينات أو تتقلص بسبب العبور غير المتكافئ. العبور غير المتساوي هو المسؤول عن العديد من الثلاسيميات. كما أنه يولد Hb Lepore 'و heemoglobins' lib anti-Lepore '. يؤدي الازدواج والتقاطع غير المتكافئ إلى إعادة تنظيم مستمرة لمجموعات جينية تؤدي إلى تطورها.
يتم تنظيم بعض الجينات في مجموعات كبيرة تحتوي على نسخ عديدة من جين في ترادف مترادف. تحدث هذه الجينات في وحدات مكررة يتكون كل منها من وحدة النسخ وتتابع الفاصل غير المنتقل. لا تحتاج مجموعة الجينات الترادفية بالضرورة إلى رمز منتج واحد. يمكن أن تحتوي الوحدات المتكررة على أكثر من وحدة نسخ وفاصل غير منقوش.
إن ترميز جينات الهستوني للهيستونز H1 و H2A و H2B و H3 و H4 يقدم مثالاً جيداً لوحدة متكررة كهذه ؛ عدد وحدات التكرار هو 10 في الدجاج ، ~ 22 في الرجل و حتى 100 ~ في ميلانوجاستر. جينات هيستون تفتقر إلى الإنترونات. يتم تخليق الهستونات خلال المرحلة S عند تكرار الحمض النووي ، بحيث يترابط الحمض النووي المركب حديثًا فورًا مع الهستونات.
في قنفذ البحر ، يتم ترتيب جينات هيستون الخمس في كتلة تشكل وحدة متكررة ؛ يتم فصل كل جين من جاره من خلال منطقة فاصل غير مكتوبة. تشكل جينات هيستون فئتين عريضتين في قنفذ البحر: (1) مبكرًا (يُعبر عنه في المراحل المبكرة للتكون الجنيني) و (2) متأخرين (يُعبر عنه لاحقًا في التطور الجنيني).
لدى المجموعة المبكرة 300 نسخة / جينوم ، بينما المجموعة المتأخرة لديها 10 نسخ فقط. يتم تنظيم جينات هيستون المبكرة في الوحدات المتكررة كما هو موضح في الشكل. لكن جينات الهيستون المتأخرة ، التي ترمز لأشكال طفيفة من الهستونات ، منتشرة ؛ عادةً ما تحدث بشكل فردي أو بشكل زوجي (أكثر من 10 كيلوبايت).
يتم ترتيب جينات هيونوجاستر ميلانوجاستر في وحدات متكررة ، ولكن الجينات تكمن في ترتيب مختلف عن تلك الموجودة في قنفذ البحر. في جينوبس لايفيس ، يتم تنظيم الجينات في الكتلة ، ولكن هناك عدم التجانس في تنظيمها. إن جينوم الدجاج مكوّن من جينات هيستون ، لكن الجينات تكمن في مجموعة متنوعة من الأوامر "وليس هناك تكرار مترادف. ولكن في الثدييات ، تكمن جينات الهستون عادة في مجموعات أصغر أو حتى كجينات فردية.
