معلومة

ما هي البصمة الجينومية؟

ما هي البصمة الجينومية؟


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

ما هي البصمة الجينومية؟ كيف تتم عملية البصمة الجينومية؟

إذا قلت أن "هذا" الأليل مطبوع من الأم ، فهل هذا يعني أن أليل الجين ينتقل من الأم فقط؟ إذا تم إعطاء النسب ، فكيف يمكننا تحديد ما إذا كانت السمة مطبوعًا أبويًا أو مطبوعًا من الأم؟

من فضلك حاول شرح كل هذا بكلمات بسيطة قدر الإمكان.


**** "ما هي البصمة الجينومية؟ كيف تتم عملية البصمة الجينومية؟" **

البصمة الجينية هي آلية وراثية وراثية تسمح بالتعبير عن الجينات بشكل مختلف اعتمادًا على الوالد الذي أتت منه. هذا يعني أنه تعديل في الجينوم ، أو يغير ما ينتجه الجينوم ، دون تغيير تسلسل النيوكليوتيدات (DNA). نتيجة البصمة في الكائنات ثنائية الصبغة هي أن أحد الأليلين تم إسكاته. توفر هذه الصفحة نظرة عامة جيدة على عملية الطباعة.

تم اقتراح آليتين رئيسيتين تسمى مثيلة الحمض النووي وتعديل هيستون على الرغم من أنه قد يتم اكتشاف آليات أخرى. تعمل مثيلة الحمض النووي على إسكات الجين عن طريق إضافة مجموعات الميثيل إلى النيوكليوتيدات (وهي تعدل النيوكليوتيدات ولكن ليس التسلسل) مما يؤثر على كيفية التعبير عنها ، في حين أن الآلية الدقيقة غير معروفة (على الأقل لا يمكنني العثور على واحدة على الباحث) يبدو أنها أن تكون عاملاً رئيسياً في بعض حالات النمو السرطانية. يمكن أيضًا إسكات الجينات عن طريق تعديل الهيستون ، حيث يؤدي ربط الجين بالهيستونات إلى تقليل نشاطه ، أي أنه ينتج منتجًا أقل.

تم وصف البصمة الجينومية لأول مرة في Mealy Bugs (أو على الأقل هذا هو واحد من أول ما تم وصفه) والذي يعمل على إسكات نصف جينومهم في الذكور. في حين أن الإناث ثنائية الصبغيات بالكامل ، فإن الذكر أيضًا ثنائي الصيغة الصبغية ولكن يتم إسكات نصف الجينوم ، مما يجعلها أحادية العدد بشكل فعال. يتم ذلك عن طريق تحويل نصف الجينوم مغاير اللون.

**** "إذا قلت أن" هذا "الأليل مطبوع من الأم ، فهل هذا يعني أن أليل الجين يمر من الأم فقط؟ إذا تم إعطاء النسب ، فكيف يمكننا تحديد ما إذا كانت السمة مطبوعة من الأب أو الأم مطبوع؟ "**

السيطرة النوعية على الجين ، وليس الكروموسومات الكاملة الموصوفة أعلاه ، معروفة فقط في النباتات وبعض الثدييات. في هذه الحالة ، عندما يتم طبع الجين ، يتم إسكات الجين. مثال إيغف 2 في الفئران الموصوفة في الرسم البياني أدناه وهو بصمة الأم (أي يتم إسكات أليل الأمهات). عندما يكون لدى الأم أليل متحور والأب ينتج أليل طبيعي ونسل طبيعي. عندما يمر الذكر على إيغف 2 متحولة النسل متحولة لأنه تم طبع نسخة الأم العادية.

يمكن رؤية جين Igf2 في الرسم البياني أعلاه. هذا هو أول دليل على اكتشاف البصمة الجينومية. في الجزء الأول من الرسم البياني ، يتم تمرير جين متحور يحاول جعل نسل الفأر قزمًا من الأم. يمكن ملاحظة أن الفأر ليس قزمًا لأن أليل الحجم في هذا الفأر مطبوع. لا يتم التعبير عن الأليل الأمومي ، لذلك لا يتم التعبير عن سمة القزم في النسل ، فقط سمة الحجم الطبيعي من الأب هي. في الجزء الثاني من الرسم التخطيطي ، يمرر الأب الجين الطافر ، وبالتالي فإن كل النسل سيكون قزمًا لأن سمة الحجم تعتمد كليًا على الأليل الأب ، والذي يكون في هذه الحالة قزمًا. - إنشاء الاختلاف

تحتوي الصفحة التي يأتي منها هذا الرسم البياني والاقتباس على قسم جيد عن البصمة الجينية.


من الخطأ القول إن السمة مطبوعة ، على الرغم من استخدام العبارة غالبًا. سأبسط هذا بالحديث عن اثنين فقط من الكروموسومات. سيكون للثدييات كروموسوم واحد من الأم وآخر متطابق تقريبًا موروث من الأب. عادةً ما يكون للجينات الموجودة في كل كروموسوم احتمالية متساوية للتعبير عنها. يخلق الأليل المطبوع إسكاتًا على كروموسوم واحد وتعبيرًا جينيًا من الوالد الآخر فقط. هناك العديد من التعقيدات الأخرى ويكيبيديا مصدر رائع وكذلك Geneimprint http://www.geneimprint.com/site/what-is-imprinting

انظر الرابط الخاص بالطبع الأبوي ، التعريف موجز. http://groups.molbiosci.northwestern.edu/holmgren/Glossary/Definitions/Def-M/molecular_imprinting.html


ما هو بصمة الجينوم؟

كما تعلم على الأرجح ، يرث الأطفال الجينات من آبائهم ، فهذه هي الطريقة الأساسية التي تنتقل بها الصفات الجينية بين الأجيال. في الغالبية العظمى من الحالات ، يرث الأطفال مجموعة واحدة من الجينات من والدتهم ومجموعة واحدة من والدهم. عندما تخضع هذه الجينات لإعادة التركيب ، يتم إعادة تكوين الأليلات ويتم إنشاء تعبير جيني فريد. ومع ذلك ، في بعض الحالات ، يتم التعبير عن جين واحد فقط و mdasand مثال بصمة الجينوم يحدث.

تعتبر تعقيدات هذه الظاهرة الجينية مثيرة للاهتمام ، وكذلك التداعيات المحتملة عندما لا يحدث البصمة الجينية بطريقة دقيقة.


السرد

البصمة الجينية هي ظاهرة غامضة إلى حد ما أصبحت مفهومة بشكل أفضل إلى حد ما في السنوات القليلة الماضية. في الأساس ، ما يشير إليه هو التعديل الكيميائي لتسلسل الحمض النووي. ضع في اعتبارك هنا أن تسلسل الحمض النووي نفسه لا يتغير. هذه تعديلات على تسلسل الحمض النووي نفسه التي تحدث في الخلية - عادة ما تشير إلى خلية جرثومية ، إما خلية بويضة أو خلية منوية - وينتقل هذا التغيير من جيل إلى آخر. والسبب في إرباك العلماء لسنوات عديدة هو أنها آلية وراثة غير متسلسلة. في البداية ، كان يُعتقد أن كل الميراث تستند إلى تغييرات في التسلسل تبين أن هذا ليس صحيحًا. في إحدى هذه الآليات ، التي لا تشارك في تغيير التسلسل ، بل في تغيير كيميائي موروث لتسلسل الحمض النووي ، يشار إليها باسم الطباعة. وهذه البصمة ، السبب في أهميتها هو أن التعديل الكيميائي ، الذي ينتقل من الأم أو الأب إلى النسل ، يغير وظيفة الجين أو منتج الجين ، سواء كان تعبيرًا أو في الواقع وظيفة منتج الجين نفسه .


ما هي البصمة الجينومية؟

البصمة الجينية هي عملية وراثة مستقلة عن الميراث المندلي الكلاسيكي.

تفسير:

إنها عملية جينية تتضمن مثيلة الحمض النووي ومثيل هيستون دون تغيير التسلسل الجيني. يتم إنشاء هذه العلامات فوق الجينية (مطبوعة) في الخط الجرثومي للوالدين ويتم الحفاظ عليها من خلال انقسام الخلايا الانقسامية.

البصمة الجينومية هي الظاهرة اللاجينية التي يتم من خلالها التعبير عن جينات معينة بطريقة محددة الأصل.
إذا تم طبع الأليل من الأب ، فإنه يتم إسكاته ، ويتم طباعة الأليل من الأم فقط. وبالمثل ، إذا تم طباعة الأليل من الأم ، يتم التعبير عن الأليل من الأب فقط.

تم عرض أشكال البصمة الجينومية في الفطريات والنباتات والحيوانات.
إن البصمة المناسبة لجينات معينة مهمة للتطور الطبيعي.


ما هي البصمة الجينومية؟ - مادة الاحياء

متى يتم إنشاء بصمات الوالدين؟
يتم إنشاء بصمات الوالدين أثناء تكوين الأمشاج حيث يمر الحمض النووي المتماثل بشكل فريد عبر الحيوانات المنوية أو البويضة لاحقًا أثناء التطور الجنيني وفي مرحلة البلوغ ، يتم الحفاظ على أليلات الجينات المطبوعة في حالتين "تشكيلي" / فوق جيني: الأب أو الأم.
وبالتالي ، فإن قالب البصمات الجينومية هو تكرارها الخاص ، وهي قابلة للوراثة ، ويمكن تحديدها عن طريق التحليل الجزيئي ، وتعمل كعلامات للأصل الأبوي للمناطق الجينومية.

النتيجة الوظيفية: التعبير الجيني غير المتوازن
بالإضافة إلى مجرد تصنيف الأليلات الجينية المتماثلة على أنها منحدرة من الأب أو الأم ، فإن البصمات الجينية لها نتيجة وظيفية مهمة تتمثل في خنق التعبير الجيني من أحد الأليلات الأبوية ، مما يؤدي إلى تعبير جيني غير متوازن بين الأليلات المتماثلة.
نتيجة للطبع ، هناك تعبير أليلي متحيز يفضل التعبير من موقع أبوي على الآخر. غالبًا ما يُعادل الطابع البصري مع التعبير عن أصل الأصل والتعبير المتوازي ، ومع ذلك نادرًا ما يكون الاستبعاد الأليلي الأبوي فعالًا بنسبة 100٪ ، وعادة ما يجد المرء درجات مختلفة من التعبير الغريب من الأليل الصامت.

النمط الظاهري المرضي في الحيوانات غير المتجانسة بالضربة القاضية
ومع ذلك ، فإن التعبير المتناقص النسبي من موضع أبوي واحد كافٍ لإنشاء نمط ظاهري مرضي في حيوانات خروج المغلوب متغايرة الزيجوت حيث يتم توريث جين البصمة الأليل الفارغ من خلال الوالد المسيطر / المعبر. وبالمثل ، في الاضطرابات أحادية الوالدين البشرية التي تشمل مواضع مطبوعة ، غالبًا ما يكون التعبير المتضائل من المواضع المطبوعة متلازمًا. في الواقع ، تعتمد إحدى الاستراتيجيات لتحديد الجينات المطبوعة على ارتباطات النمط الجيني والنمط الظاهري UPD.
وبالتالي ، فإن التعبير الجيني المتناقص من الأليل الأبوي الخانق يمكن اعتباره غير كاف من الناحية البيولوجية لدعم النمط الظاهري الصحي ، وعادة ما تكون الطفرات الجينية المطبوعة هي السائدة عندما تؤثر على الأليل المعبر عنه. لا يسمح تنظيم التغذية الراجعة للنسخ في المواقع المطبوعة بالتنظيم الكافي للنسخ من الأليل الصامت ، ولا تلجأ الكائنات الحية إلى أليل من النوع البري الصامت بخلاف ذلك في حالة كون الأليل المعبر عنه فارغًا.

الجينات المطبوعة هي أحادي الصيغة الصبغية وظيفيًا ، مما يمحو فوائد ثنائية الصبغيات في هذه المواقع.
تشير التقديرات إلى أن ما يقرب من 1-2 ٪ من الجينات البشرية تخضع لعملية البصمة الأبوية ، ولكن تم إثبات أن أقل من 100 جين مسمى مميز تم طبعها من قبل الوالدين.

الأمراض السريرية
تشمل الأمراض والمتلازمات البشرية الإكلينيكية الناشئة عن نقاط الضعف الفريدة للمواضع المطبوعة: مرض ورم الأرومة الغاذية الحملي ، والورم المسخي ، ومتلازمة بيكويث-فيدمان ، ومتلازمة برادر ويلي ، ومتلازمة أنجلمان ، ومتلازمة سيلفر راسل ، وداء السكري الوليدي العابر ، والعيوب الاجتماعية المعرفية في متلازمة تيرنر ، والأورام المتعددة المرتبطة بفقدان البصمة في مواقع الجينات الورمية. تحتوي قاعدة بيانات OMIM (On-line Mendelian (!) Inheritance in Man) الخاصة بـ NCBI (مركز الولايات المتحدة الوطني لمعلومات التكنولوجيا الحيوية) على إدخالات مفصلة عن العديد من الجينات والمتلازمات المطبوعة.

رمز الجينات المطبوعة لماذا؟
على الرغم من أن غالبية الجينات المطبوعة المعروفة ترمز للبروتينات ، فإن البعض الآخر يرمز لنصوص الحمض النووي الريبي غير المترجمة.
فئة أخرى من البصمة الجينومية الأبوية ، التي يجب مقارنتها مع الأمثلة المميزة جيدًا للجينات المعبر عنها بشكل أحادي ، هي تلك البصمات الأبوية المثيلة المنتشرة في جميع أنحاء الجينوم والتي لم يثبت أنها وظيفية أو مرتبطة بجينات معينة.

ربما عملية أكثر انتشارا
إن وضع هذه الفئة الأخيرة في الاعتبار يؤكد فكرة أن & ogravegenomic بصمة قد تكون عملية أكثر انتشارًا من مجرد آلية لإسكات حفنة من الجينات بشكل أحادي ، بالمعنى الواسع ، بصمات الجينوم الأبوية غير مطلوبة لتكون مرتبطة بالكروماتين النشط نسبيًا.
علاوة على ذلك ، بخلاف الـ500 جين التي يُعتقد أنها مطبوعة ، فمن غير المعروف عدد البصمات الأبوية التي يمكن ختمها في جميع أنحاء الجينوم ، أو ما قد يكون نمطها ودورتها التي يمكن التنبؤ بها هي تجارب اكتشاف بصمة الجينات بناءً على مسح الجينوم الكامل ، والذي يكشف في الغالب المجالات غير المعروفة بأنها مرتبطة بوحدات النسخ.


انقسام

البصمة الأبوية

يختلف التعبير عن جينات معينة مشتقة من البويضة عن التعبير عن نفس الجينات المشتقة من الحيوانات المنوية. مسمى بصمة الوالدين، تتجلى التأثيرات بطرق مختلفة. من الممكن إزالة نواة من بيضة فأر ملقحة حديثًا واستبدالها بنواة مأخوذة من بيضة أخرى ملقحة في مرحلة مماثلة من التطور ( الشكل 6 ). إذا تمت إزالة نواة ذكر أو أنثى واستبدالها بنواة ذكر أو أنثى ، يكون التطور طبيعيًا. إذا تمت إزالة نواة الذكر واستبدالها بنواة أنثوية (مما أدى إلى وجود زيجوت مع نواة أنثيتين) ، فإن الجنين نفسه يتطور بشكل طبيعي إلى حد ما ، لكن المشيمة والكيس المحي يتطوران بشكل ضعيف. على العكس من ذلك ، ينتج عن الزيجوت الذي يحتوي على نواة ذكور جنين متقزم بشدة ، في حين أن المشيمة وكيس الصفار يكونان طبيعيين تقريبًا.

الشكل 6. مظاهرات تجريبية لطبع الوالدين باستخدام عمليات زرع النوى.

يحدث البصمة الأبوية أثناء تكوين الأمشاج. مثيلة الحمض النووي ، التي يتم إجراؤها من خلال مراكز دمغ محددة ، هي إحدى الوسائل الرئيسية للطبع وتؤدي إلى التعبير التفاضلي للأليلات الأب والأم من الجينات المطبوعة. يتم إسكات الجينات المطبوعة. يتم الحفاظ على الجينات المطبوعة أثناء التطور وربما في مرحلة البلوغ ، ولكن لا يتم تمرير بصمة معينة إلى ذرية هذا الفرد & # x27s. وبدلاً من ذلك ، يتم محو البصمات الأبوية على الجينات ، ويتم إنشاء بصمات جديدة ، تتوافق مع جنس ذلك الفرد ، في البويضات والحيوانات المنوية أثناء عملية التكوُّن الجيني. ليست كل الجينات مطبوعة من قبل الوالدين. تشير التقديرات الحالية إلى أنه تم طبع ما يصل إلى 2100 جينة بشرية.


طبع الجينوم

"المجال الذي أوليته أكبر قدر من الاهتمام هو ظاهرة جديدة في البيولوجيا الجزيئية تسمى البصمة الجينية ، وهي حالة يمكن أن يكون فيها لتسلسل الحمض النووي سلوكًا مشروطًا اعتمادًا على ما إذا كان موروثًا أموميًا - قادمًا من بويضة - أو موروث أبويًا - يأتي من خلال الحيوانات المنوية. تسمى هذه الظاهرة بالبصمة لأن الفكرة الأساسية هي أن هناك بعض البصمة التي توضع على الحمض النووي في مبيض الأم أو في خصيتي الأب والتي تشير إلى أن الحمض النووي هو الأم أو الأب ، ويؤثر نمط تعبيره - ما يفعله الجين في الجيل التالي في كل من الذكور والإناث.

مقدمة

ديفيد هيغ هو عالم وراثة / منظّر تطوري مهتم بالصراعات وحل النزاعات داخل الجينوم ، مع اهتمام خاص بالطبع الجينومي والعلاقات بين الوالدين والأبناء. يقول "إن المنطقة التي أوليتها أكبر قدر من الاهتمام هي ظاهرة جديدة في البيولوجيا الجزيئية تسمى البصمة الجينية ، وهي حالة يمكن أن يكون فيها لتسلسل الحمض النووي سلوكًا مشروطًا اعتمادًا على ما إذا كان موروثًا أم لا من بويضة - أو موروثة من الأب - تأتي من الحيوانات المنوية. "يتقاطع عمل هيغ مع عمل علماء النفس التطوريين الذين تم تقديم أفكارهم على Edge." علم النفس الحقيقي "، كما يقول هيغ ، يجب أن يكون علم نفس تطوري. نحن كائنات متطورة ، وبالتالي يجب فهم علم النفس لدينا من حيث الانتقاء الطبيعي ، من بين عوامل أخرى ".

ديفيد هاي هو أستاذ مشارك في علم الأحياء في قسم الأحياء العضوية والتطورية بجامعة هارفارد ومؤلف كتاب بصمة الجينوم والقرابة.

طبع الجينوم

[DAVID HAIG:] كان عملي خلال العقد الماضي أو نحو ذلك يهتم بشكل أساسي بالصراعات داخل الكائن الحي الفردي. في الكثير من علم الأحياء التطوري ، فإن الاستعارة الضمنية هي أن الكائن الحي هو آلة أو ، بشكل أكثر تحديدًا ، جهاز كمبيوتر يعمل على زيادة اللياقة ويحاول حل بعض المشكلات. يعد تعظيم اللياقة أمرًا مشابهًا لتعظيم وظيفة المنفعة في الاقتصاد. أنا مهتم بالمواقف التي توجد فيها صراعات داخل الفرد ، حيث يكون للفاعلين المختلفين داخل الذات وظائف لياقة مختلفة ، بالإضافة إلى السياسات الداخلية الناتجة عن تضارب المصالح.

المنطقة التي أولت لها أكبر قدر من الاهتمام هي ظاهرة جديدة في البيولوجيا الجزيئية تسمى البصمة الجينية ، وهي حالة يمكن أن يكون فيها لتسلسل الحمض النووي سلوكًا مشروطًا اعتمادًا على ما إذا كان موروثًا أموميًا - قادمًا من بويضة - أو أبويًا. موروث - يأتي من خلال الحيوانات المنوية. تسمى هذه الظاهرة بصمة لأن الفكرة الأساسية هي أن هناك بعض البصمة التي توضع على الحمض النووي في مبيض الأم أو في خصيتي الأب والتي تشير إلى أن الحمض النووي هو الأم أو الأب ، ويؤثر على نمط تعبيره - ماهية الجين يفعل في الجيل القادم في كل من الذكور والإناث ذرية.

هذه عملية معقدة لأنه يمكن محو البصمة وإعادة تعيينها. على سبيل المثال ، جينات الأم في جسدي عندما أنقلها إلى أطفالي ستكون جينات الأب التي لها سلوك أبوي. إذا نقلت ابنتي جينات الأب إلى أطفالها ، على الرغم من أنها حصلت على الجين كجينة أب مني ، فسيكون هذا الجين من الأم إلى نسلها. يهتم علماء الأحياء الجزيئية بشكل خاص بفهم طبيعة هذه البصمات ، وكيف يمكن تعديل الحمض النووي بطريقة يمكن توريثها ولكن يمكن إعادة ضبطها بعد ذلك. كان اهتمامي الخاص هو فهم سبب تطور مثل هذا السلوك الغريب. لقد كنت أحاول العثور على مواقف يكون فيها الأفضل للجينات من أصل الأم مختلفًا عما يزيد ملاءمة الجينات من أصل الأب.

أفضل طريقة لفهم النظرية الأساسية هي من خلال حكاية شهيرة معتمدة من ج. هالدين ، عالم الوراثة البريطاني العظيم ، الذي قيل إنه ادعى أنه سيضحي بحياته لإنقاذ أكثر من شقيقين غرقين أو أكثر من ثمانية أبناء عم غرقين. المنطق هو أنه إذا كان هالدين مهتمًا فقط بنقل جيناته إلى الأجيال القادمة ، فهذا هو الشيء الصحيح الذي يجب فعله. في المتوسط ​​، لدى الجين في جسده فرصة واحدة من اثنتين للوجود في الأخ. إذا ضحى بنسخة الجين في جسده لإنقاذ ثلاثة إخوة ، فإنه في المتوسط ​​سينقذ نسخة ونصف من الجين في إخوته الثلاثة مما يضعه في المقدمة في المحاسبة الجينية. ولكن عندما يتعلق الأمر بأبناء العم ، فلكل منهم فرصة واحدة من كل ثمانية لحمل جين عشوائي في جسم هالدين. للاستفادة من التضحية بنسخة واحدة من جين في نفسه ، يحتاج إلى إنقاذ تسعة أو أكثر من أبناء عمومته. تم إضفاء الطابع الرسمي على هذا من قبل بيل هاميلتون في نظريته حول اللياقة الشاملة.

يمكن توضيح نظريتي من خلال إعادة صياغة سؤال هالدين وطرح سؤال: هل سيضحي هالدين بحياته من أجل ثلاثة أشقاء غير أشقاء؟ من أجل القصة دعنا نقول أن هؤلاء هم إخوته غير الأشقاء لأمه - نسل أمه ولكن لآباء مختلفين. الإجابة التقليدية على هذا السؤال هي لا ، لأنه إذا اخترت جينًا عشوائيًا في هالدين ، فستحصل على فرصة واحدة من بين كل أربعة أن تكون موجودة في أخ غير شقيق. وهكذا ، فإن الجين العشوائي يتوقع أن ينقذ ثلاثة أرباع نسخة - ثلاثة أضعاف الربع - لفقدان نسخة واحدة في هالدين. ومع ذلك ، إذا كان الطباعة ممكنًا ، فقد يكون لدى الجينات معلومات حول أصلها الأبوي ، وهذا يمكن أن يغير المحاسبة.

من وجهة نظر الجين المشتق من الأم في هالدين ، فإن الأخوة غير الأشقاء الثلاثة هم جميعًا من نسل أمه ، لذا فإن جيناته المشتقة من الأم لديها احتمال أن يكون النصف موجودًا في كل أخ غير شقيق. من أجل التضحية بنسخة واحدة من الجين في نفسه ، سينقذ هالدين نسخة ونصف ، في المتوسط ​​، من جيناته المشتقة من الأم. الانتقاء الطبيعي الذي يعمل في هذه الحالة على الجينات من أصل الأم من شأنه أن يفضل السلوك القرباني.

ومع ذلك ، تبدو الأمور مختلفة جدًا من وجهة نظر جينات هالدين الأبوية. هؤلاء الثلاثة غير الأشقاء هم من نسل آباء مختلفين ، مما يجعلهم غير أقارب. إذا كانت المحاسبة الجينية هي كل ما هو مهم ، فلن تبرر التضحية ، مهما كانت صغيرة ، أي فائدة ، مهما كانت كبيرة ، لأشقائه من الأب. لذلك ، في هذه الحالة ، فإن الاختيار على الجينات المشتقة من الأب من شأنه أن يمنع هالدين من أداء هذا الفعل القرباني.

يوضح هذا أن قوى انتقائية مختلفة يمكن أن تعمل على جينات مختلفة داخل الفرد ، وتجذبه في اتجاهات مختلفة ، مما يؤدي إلى صراعات وراثية داخلية. أظن أن كيفية حل هذه النزاعات هي مسألة تاريخ وسياسة وراثية ومعرفة تفاصيل النظام. للإجابة على أسئلة مثل هذه ، سيأتي الكثير من الأفكار من العلوم الاجتماعية. يدور العلم السياسي بشكل خاص حول التعامل مع تضارب المصالح داخل المجتمع مع تشكيلات الأحزاب والفصائل ، وأعتقد أنه إذا كانت هناك صراعات داخل الفرد ، سيكون لديك نوع مماثل من السياسة الداخلية.

أنا مهتم بشكل خاص بالنظر في المواقف في العالم الحقيقي حيث تنطبق قصة هالدين التي قدمتها للتو - حيث توجد قوى انتقائية متضاربة محتملة تعمل داخل الفرد. لقد تحدثت حتى الآن عن التضارب بين الجينات من أصل الأم والأب ، ولكن هناك أيضًا تعارضات محتملة بين الجينات الموجودة على الكروموسومات الجنسية والجينات الموجودة على الكروموسومات الأخرى ، أو بين الجينات الموجودة في النواة والجينات الموجودة في الميتوكوندريا ، أو بين ميراثنا الجيني ونقل الثقافة. أحاول تطوير مجموعة من النظريات والأدوات للتعامل مع مثل هذه المواقف.

يعد البصمة الجينومية ظاهرة رائعة ، وتثير سؤالًا مثيرًا للاهتمام: إذا كان من الممكن نقل المعلومات حول جنس الوالد في الجيل السابق بواسطة هذه الآليات ، فهل هناك مدخلات معلومات تاريخية أخرى من البيئة يمكن نقلها إلى الجيل الحالي و تؤثر على التعبير الجيني؟ هل من الممكن أنه إذا عانت جدتي من مجاعة أو عاشت في زمن الحرب ، فإن هذا قد وضع بصمة على الجينوم الذي يؤثر على التعبير الجيني في جسدي؟

بدأ اهتمامي في البصمة الجينية عندما كنت أكمل الدكتوراه في جامعة ماكواري في سيدني. بدأت في دراسة علم البيئة النباتية ، وعلى وجه الخصوص ، كيف يتم التجديد بعد الحريق. تجولت حول الأدغال وأنا أنظر قليلاً إلى النباتات ، لكن قلبي لم يكن موجودًا في ذلك. من خلال الحظ السعيد ، أتيحت لي الفرصة لإجراء دراسة نظرية حول تطور دورات حياة النباتات ، وتطبيق نظرية اختيار الأقارب - نظرية الصراع بين الوالدين والنسل التي طورها روبرت تريفيرز - على النباتات. من خلال التفكير في ما يحدث داخل البذور ، كان لدي أساسًا نظرية عن البصمة الجينية جاهزة للذهاب في اللحظة التي سمعت فيها عن هذه الظاهرة.

في ورقة بحثية نُشرت عام 1974 حول الصراع بين الوالدين والأبناء ، أشار تريفرس إلى أنه غالبًا ما كان هناك افتراض ضمني بأن ما هو جيد للوالد كان جيدًا أيضًا للأولاد. فيما يتعلق بالانتقال الجيني ، يبدو أن النسل هو حصة الوالدين في المستقبل ، لذلك يجب على الآباء بذل قصارى جهدهم من أجلهم. ما جادل به تريفرس ، مع ذلك ، هو أنه سيتم اختيار الآباء لزيادة العدد الإجمالي للنسل الناجين إلى الحد الأقصى - والذي قد يكون مختلفًا تمامًا عن تعظيم بقاء أي نسل فردي معين. اقترح أن هناك مفاضلة بين إنتاج الكثير من النسل والاستثمار القليل نسبيًا فيها مقابل إنتاج عدد صغير من النسل والاستثمار كثيرًا في كل منهما. كان يعتقد أنه على مدار الزمن التطوري ، سيبدأ النسل في التنافس مع أشقائهم على الموارد المتاحة. وفي المقابل ، قد يؤدي التنافس بين الأشقاء إلى صراع بين الأبناء والآباء ، لأنه بمرور الوقت سيتم اختيار الأبناء لمحاولة الحصول على أكثر من نصيبهم العادل من الموارد من والديهم - أكثر مما تم اختيار الوالدين لتوفيره - بينما سيكون الآباء تم اختيارهم لتوزيع مواردهم بشكل متساوٍ على عدد أكبر من النسل. كانت نظرية تريفرس أن هذا قد يؤدي إلى صراعات تطورية.

طُلب مني التحدث في المعهد الوطني للصحة في ورشة عمل حول البصمة والأمراض البشرية. كان هدفي هو اقتراح كيف ستوفر النظرية التطورية رؤى جديدة للأمراض البشرية. كانت إحدى الحالات الواضحة في الحمل البشري ، حيث يمكن لنظرية تريفيرز عن الصراع بين الوالدين والنسل أن تساعد في فهم سبب ارتباط الحمل غالبًا بالمضاعفات الطبية. منذ ذلك الحين ، كان النظر في تفاعلات الأم والجنين مجالًا آخر في بحثي.

نظرية تريفرس لديها الكثير لتقوله عن سبب عدم نجاح الحمل بشكل خاص. إذا نظرنا إلى معظم منتجات الانتقاء الطبيعي ، مثل اليد أو الكبد أو القلب أو الكلى ، فهذه أجزاء رائعة من الهندسة تعمل جيدًا لمدة 60 أو 70 عامًا. لكن لماذا توجد مشاكل كثيرة في الحمل؟ الحمل ضروري للغاية للتكاثر ، لذلك قد تتوقع أن يكون هذا جزءًا من فسيولوجيا الإنسان لدينا التي تم إتقانها عن طريق الانتقاء الطبيعي. لكن هناك فرق تطوري مهم بين وظيفة القلب وما يحدث أثناء الحمل. عندما ننظر إلى القوى الانتقائية التي تعمل على وظيفة القلب ، لا يوجد صراع تطوري. تنتمي جميع الجينات المشاركة في تطور القلب ووظيفته إلى نفس الفرد الجيني ، ولها نفس الاهتمام الجيني بمعنى ما: تعظيم عدد نسل ذلك الفرد. في حالة عدم وجود تعارض ، لدينا مشكلة تحسين بسيطة ، وستحصل على الحل الأمثل.

ولكن في العلاقة بين الأم والجنين - بسبب الصراع بين الأبوين والأبناء الذي أشار إليه تريفيرز - لدينا الآن قوى متضاربة. يتم اختيار النسل ليأخذ القليل من الأم ، ويتم اختيار الأم لمقاومة بعض مطالب النسل. تميل هذه القوى الانتقائية إلى العمل في أغراض متقاطعة وإلغاء بعضها البعض.

إحدى المشكلات المهمة جدًا أثناء الحمل هي توصيل المعلومات بين الأم والأبناء. لا يوجد تعارض في التواصل داخل الجسم ، لأن الانتقاء يجعل الخلايا ترسل الرسائل بأرخص تكلفة وبأكبر قدر ممكن من الكفاءة. لكن عندما تنظر إلى تبادل الرسائل بين الأم والجنين ، هناك مشكلة في المصداقية ، لأن اهتماماتهما ليست متطابقة. في بعض الحالات ، هناك حافز تطوري لإرسال رسائل مضللة ، واختيار مطابق للمستقبلات لعدم الثقة في الرسائل التي يتم تلقيها.

شيء واحد يحدث أثناء الحمل هو أن هناك نقصًا في عناصر التحكم في التغذية الراجعة والضوابط والتوازنات المعتادة. قرأت طلبات المنح للعلماء الذين يقترحون دراسة العلاقات بين الأم والجنين ، ويميلون إلى تصويرها بعبارات وردية للغاية ، على أنها تبادل محب للرسائل بين الأم والجنين. لكن أثناء الحمل ، يزرع الجنين نفسه في تجويف البطن أو في قناة فالوب - في وضع غير مناسب تمامًا في الجسم - ويتطور بشكل مستقل في غياب أي رسائل مناسبة من الأم. أعتقد أن هناك القليل جدًا من الاتصالات الجارية بين الأم والجنين أثناء الحمل. بدلاً من ذلك ، أنت تبحث في محاولات جنينية مختلفة للتلاعب بفيزيولوجيا الأم والتمثيل الغذائي من أجل فوائد الجنين.

خلال فترة الحمل ، تخضع أنظمة الاتصال الهرمونية للأم للسيطرة المشتركة لكل من الأم والجنين. يفرز الجنين عددًا من الهرمونات في جسم الأم لتحقيق تأثيرات مختلفة ، لا سيما زيادة مستويات المغذيات في دم الأم. في المراحل المبكرة من الحمل البشري ، يدمج الجنين نفسه في جدار الرحم وينتقل إلى نظام دم الأم ، ويطلق الهرمونات في دم الأم التي يمكن أن تؤثر على فسيولوجيا الأم ومستويات السكر في الدم وضغط الدم. كلما ارتفعت مستويات السكر والدهون في دم الأم ، زادت العناصر الغذائية التي يمكن للجنين الحصول عليها. عادةً ما تكون الهرمونات عبارة عن جزيئات يتم إنتاجها بكميات صغيرة لها تأثيرات كبيرة ، على الأقل عندما يحدث الاتصال داخل جسم واحد ولا يوجد تعارض بين المرسل والمستقبل. ومع ذلك ، أثناء الحمل ، يشير أحد الأفراد (الجنين) إلى شخص آخر (الأم) وهناك احتمال للصراع. يفضل الانتقاء الطبيعي زيادة إنتاج الهرمونات عن طريق النسل للحصول على تأثير أكبر ، بينما يفضل في نفس الوقت أنظمة استقبال الأمهات التي تصبح أكثر مقاومة للتلاعب. وبالتالي ، هناك احتمال لحدوث تصعيد تطوري ينتج عنه أحيانًا إنتاج هرمونات المشيمة بكميات هائلة للغاية. تشير التقديرات إلى أنه يتم إفراز حوالي جرام في اليوم من اللاكتوجين البشري المشيمي في مجرى دم الأم ، ومع ذلك فإن له تأثيرات طفيفة نسبيًا.

أعتقد أن هذه الملاحظة ، أن هرمونات المشيمة تميل إلى الإنتاج بكميات كبيرة جدًا ، هي أفضل دليل على وجود صراع بين الأم والجنين. يفرز الجنين هذه الهرمونات في جسم الأم في محاولة لإقناع الأم بفعل شيء قد لا تريده بالضرورة. فكر في هرمونات المشيمة على أنها تعادل البريد غير الهام الذي تحصل عليه في صندوق البريد الخاص بك. تحاول هذه الرسائل إقناعك بفعل شيء ما. إنتاجها رخيص نسبيًا ، لذا يتم توزيعها بكميات كبيرة ولكن لها تأثيرات طفيفة نسبيًا. يجب أن يعملوا في بعض الأحيان ، لكن الأمر مختلف تمامًا عن نوع الهمس الحميم الذي قد تحصل عليه بين شخصين لديهما اهتمامات مشتركة.

كان التطبيق الأكثر نجاحًا لأفكاري حول البصمة هو دراسة النمو أثناء الحمل ، والتنبؤ بأن الجينات المشتقة من الأب يتم اختيارها لإنتاج مشيمة أكبر تستخرج المزيد من الموارد من الأمهات. لكن الفكرة الأساسية للنظرية تنطبق على أي تفاعلات بين الأقارب وهم ما أسميه الأقارب غير المتكافئين ، أي الأقارب من جانب الأم من الأسرة ولكن ليس من جانب الأب ، أو العكس. أظن أن البصمة الجينومية ستكون ذات صلة لفهم تطور التفاعلات الاجتماعية. هناك أيضًا دليل الآن على أن البصمة متورطة في بعض أشكال التوحد. هناك عدد من الجينات المطبوعة المعروف أنها مطبوعة في الدماغ ، وأنا مهتم باستكشاف تلك الأفكار.

جاء العمل التجريبي الأكثر إثارة الذي تم إجراؤه لاختبار أفكاري من مختبر شيرلي تيلغمان قبل أن تصبح رئيسة جامعة برينستون. كانت هيرز واحدة من أولى المعامل التي تصف الجين المطبوع. درس بول فرانا ، باحث ما بعد الدكتوراة في تيلغمان ، تهجينًا بين نوعين من الفئران ، أحدهما كان لديه معدل مرتفع جدًا من تغير الشريك - آباء متعددين داخل القمامة - بينما الآخر كان ما يسمى بالماوس الأحادي ، حيث كان الأب الوحيد أنجبت جميع النسل في قمامة وكانت الأنثى لديها فرصة بنسبة 80 في المائة للبقاء مع الأب لإنتاج القمامة التالية. توقع الباحث أن الصراع بين جينومات الأم والأب سيكون أكثر حدة في الفئران ذات الأبوة المتعددة مقارنة بالفأر الأحادي الزواج ، وفي الواقع ، عند عبورهما ، تحصل على اختلاف كبير في الوزن عند الولادة.

إذا جاء الأب من الأنواع ذات الأبوة المتعددة ، فقد كان هناك اختيار مكثف على جينومات الأب لاستخراج المزيد من الموارد من الأمهات. سيتم مطابقة هذا الجينوم الأبوي مع جينوم الأم الذي لم يتم اختياره بقوة لمقاومة مطالب الأب. في هذا الاتجاه من التهجين ، كان النسل أكبر من الطبيعي ، بينما في التقاطع المتبادل حيث جاء جينوم الأب من الأنواع أحادية الزوجة وجينوم الأم من الأنواع متعددة الأزواج ، كان النسل أصغر من الطبيعي. تمكن بول فرانا من إظهار أن هذا الاختلاف يرجع إلى حد كبير إلى الجينات المطبوعة في هذين النوعين. This suggests that divergence of imprinted genes may contribute to the speciation process, and in particular that changes in social systems and mating systems can cause changes in the expression of imprint. These can then contribute to reproductive isolation between sister species.

The second bit of work is being done in, of all places, a liver oncology lab at the Duke University Medical Center that is studying genomic imprinting. Out of curiosity, Randy Jirtle and Keith Killian looked at marsupials and then at the platypus—an egg-laying mammal—to see where imprinting arose. They found that imprinting is absent in the platypus, at least for the genes they looked at, but was present in marsupials. Thus, imprinting appears to have arisen more or less coincident with the origin of live birth, before the common ancestor of marsupials and placental mammals. There are some exciting areas of research of that kind.

There are also some other recent intriguing observations out there that beg for a theoretical explanation. There's evidence in the mouse, for example, that the paternal genome particularly favors development of the hypothalamus, whereas the maternal genome favors development of the neocortex. I've suggested that some maternal-paternal conflicts can be seen within the individual between different parts of the brain favoring different sorts of actions. I don't have a good explanation of why that's occurring in the mouse, but I would love to know. At a broader level, perhaps these theories have something to say about the subjective experience of internal conflicts—why we sometimes have great difficulty making up our minds. If the mind were purely a fitness-maximizing computer with a single fitness function, then this paralyzing sense of indecision we often feel would make no sense. When we are forced to make a difficult decision it can sometimes consume all our energies for a day, even though we'd be better off making a decision one way or the other. Perhaps that can be explained as a political argument going on within the mind between different agents with different agendas. That's getting very speculative now, though.

In the future I'd also like to get back to plants. I've put a lot of work into thinking about plant life cycles, and the work that I did in my Ph.D. has had relatively little impact, so I'd like to go back and rethink some of those ideas. I've thought of writing a book called Sociobotany that would do for plants what Trivers, Wilson, and Dawkins did for animal behavior. Botany tends to look at the different stages in the life cycles of a plant as cooperating one with the other. But Trivers's theories of parent-offspring conflict are very relevant to understanding some odd features of seed development and the embryology of plants. One of my favorite examples of this phenomenon can be seen in the seeds of pine trees and their relatives. The seed contains multiple eggs that can be fertilized by multiple pollen tubes, which are the functional equivalent of sperm. Within the seed, multiple embryos are produced that then compete to be the only one that survives in that seed. As this happens there's very intense sibling rivalry and even siblicide going on in the seed. Because of oddities of plant reproduction, the eggs that produce those embryos are all genetically identical one to the other, so all the competition among the embryos is between the genes that they get from their fathers through the pollen tube. Because of this, I expect there to be imprinting in the embryos of pine trees.

Another interesting case is found in Welwitschia, a very odd plant that grows in the Namibian desert. Here, once again because of oddities of the plant's genetics, the egg cells are no longer genetically identical one to the other, and they compete with each other to produce the embryo that survives in that seed. Rather than waiting for the pollen tube to reach the eggs, the eggs grow in tubes up to meet the pollen tubes. There's actually a race to meet the pollen tubes growing down to meet the eggs. Fertilization occurs and then the embryos race back down into the seed to gain first access to the food reserves stored in the seed. This odd behavior was just a strange observation of plant embryologists, but I think the application of ideas of conflict between different genetic individuals gives a very pleasing explanation of why you observe this behavior in Welwitschia but not in other groups where the eggs are genetically identical to each other.

Some of these ideas also intersect with the work of evolutionary psychologists. Although I don't interact with them on a daily basis, they're very keen on my work, and I follow theirs. A true psychology has got to be an evolutionary psychology. Whether every theory that goes under the name of evolutionary psychology is evolutionarily justified is a different question, but in terms of the question whether Darwin is relevant to understanding the mind and human behavior, evolutionary psychologists have got it right. We are evolved beings and therefore our psychology will have to be understood in terms of natural selection, among other factors.


Mechanism of parental imprinting

The process of imprinting starts in the gametes where the allele destined to be inactive in the new embryo (either the father's or the mother's as the case may be) is "marked". The mark appears to be methylation of the DNA in the promoter(s) of the gene.

Methyl groups are added to cytosines (Cs) in the DNA. When this occurs at stretches of alternating Cs and Gs called CpG sites in a promoter, it prevents binding of transcription factors to the promoter thus shutting down expression of the gene.

Methylation &mdash and thus inactivation &mdash of the promoters of tumor suppressor genes is frequently found in cancer cells.

Although methylation seems to be the imprinting الإشارة, keeping the gene shut down may require the production of RNA.

Example 1: the IGF2r الجين

A report in طبيعة سجية (16 October 1997) by Wutz et al, reveals that:

  • there is an upstream (left) promoter that is unmethylated and active
  • binding of transcription factors to this upstream promoter enables transcription of the sense strand of the gene to produce Igf2r messenger RNA.
  • There is also a downstream set of CpG sites that are methylated
  • the promoter for IGF2r transcription is methylated (and inactive),
  • but the downstream promoter is unmethylated and active.
  • Transcription of the antisense strand from the downstream promoter produces an مضاد RNA (a long noncoding RNA) that participates in shutting his gene down.

المثال 2: XIST


What do geneticists mean by anticipation?

The signs and symptoms of some genetic conditions tend to become more severe and appear at an earlier age as the disorder is passed from one generation to the next. This phenomenon is called anticipation. Anticipation is most often seen with certain genetic disorders of the nervous system, such as Huntington disease, myotonic dystrophy, and fragile X syndrome.

Anticipation typically occurs with disorders that are caused by an unusual type of mutation called a trinucleotide repeat expansion. A trinucleotide repeat is a sequence of three DNA building blocks (nucleotides) that is repeated a number of times in a row. DNA segments with an abnormal number of these repeats are unstable and prone to errors during cell division. The number of repeats can change as the gene is passed from parent to child. If the number of repeats increases, it is known as a trinucleotide repeat expansion. In some cases, the trinucleotide repeat may expand until the gene stops functioning normally. This expansion causes the features of some disorders to become more severe with each successive generation.

Most genetic disorders have signs and symptoms that differ among affected individuals, including affected people in the same family. Not all of these differences can be explained by anticipation. A combination of genetic, environmental, and lifestyle factors is probably responsible for the variability, although many of these factors have not been identified. Researchers study multiple generations of affected family members and consider the genetic cause of a disorder before determining that it shows anticipation.


How are researchers exploring the epigenome?

In a field of study known as epigenomics, researchers are trying to chart the locations and understand the functions of all the chemical tags that mark the genome.

Until recently, scientists thought that human diseases were caused mainly by changes in DNA sequence, infectious agents such as bacteria and viruses, or environmental agents. Now, however, researchers have demonstrated that changes in the epigenome also can cause, or result from, disease. Epigenomics, thus, has become a vital part of efforts to better understand the human body and to improve human health. Epigenomic maps may someday enable doctors to determine an individual's health status and tailor a patient's response to therapies.

As part of the ENCODE (ENCyclopedia Of DNA Elements) project-which aims to catalog the working parts of the genome-the National Human Genome Research Institute is funding researchers to make epigenomic maps of various cell types. Other NIH-supported investigators have developed a number of epigenomic maps from several human organs and tissues. These NIH projects are part of an international effort to understand how epigenomics could lead to better prevention, diagnosis and treatment of disease.

In a field of study known as epigenomics, researchers are trying to chart the locations and understand the functions of all the chemical tags that mark the genome.

Until recently, scientists thought that human diseases were caused mainly by changes in DNA sequence, infectious agents such as bacteria and viruses, or environmental agents. Now, however, researchers have demonstrated that changes in the epigenome also can cause, or result from, disease. Epigenomics, thus, has become a vital part of efforts to better understand the human body and to improve human health. Epigenomic maps may someday enable doctors to determine an individual's health status and tailor a patient's response to therapies.

As part of the ENCODE (ENCyclopedia Of DNA Elements) project-which aims to catalog the working parts of the genome-the National Human Genome Research Institute is funding researchers to make epigenomic maps of various cell types. Other NIH-supported investigators have developed a number of epigenomic maps from several human organs and tissues. These NIH projects are part of an international effort to understand how epigenomics could lead to better prevention, diagnosis and treatment of disease.


شاهد الفيديو: الفرق بين بصمة شنجن وبصمة دبلن. (قد 2022).