زئوتکنیک Zootechnie

این وبلاگ برای علاقمندان پرورش و اصلاح نژاد دام نوشته می شود.

کتاب " اصلاح ژنتیکی دام های اهلی" فصل 1

 

 ترجمه رافت- دانشگاه تبریز

 

فصل 1

اصول ژنتیک مولکولی

از آغاز سده بیستم معلوم شد کروموزوم ها در داخل هسته موجودات یوکاریوت وجود دارند که حاوی اطلاعات ژنتیکی در سطح سلولی هستند. ترکیب اصلی کروموزوم ها، اسید دزاکسی ریبونوکلوئیک یا DNA است. هر ژن به کمک پدیده های نسخه برداری و ترجمه، فرمان ساخته شدن پروتئین ها را صادر می سازد.

تقسیم میوز نقش اساسی در انتقال مواد ژنتیکی از نسلی به نسل دیگر دارد.

1.       مواد ژنتیکی

1-1-کروموزوم ها

1-1-1-               مشخصات کلی کروموزوم ها

باستثنا گلبولهای قرمز، هر سلول دارای هسته می باشد. کروموزوم ها مواد ژنتیکی موجود در هسته هستند که در طی مراحل تقسیم سلولی، مخصوصا در مرحله متافاز و پس از رنگ آمیزی، با میکروسکوپ نوری قابل مشاهده می‌شوند - و نام کروموزوم به همین خاطر به آنان داده شده است. اینها رشته های نازکی به قطر 0.2 تا 2 میکرومتر و طول 0.2 تا 50 میکرومتر هستند که مخصوصا در مرحله متافاز، دو کروماتید خواهر را تشکیل می دهند( ر.ک. به شکل های 1-2 و 1-8).

در داخل هسته سلول های معمولی (یا سوماتیک)، هر کروموزوم در دو نسخه وجود دارد که یک جفت کروموزوم همولوگ را تشکیل می دهد. بنابراین سلولهای دیپلوئید حاوی n جفت کروموزوم یا2n هستند که تعداد آن از گونه ای به گونه دیگر متغیر است (ر.ک. جدول 1-1). باستثنا حالاتی که یکنوع ناهنجاری ژنتیکی وجود داشته باشد، در حالت طبیعی اندازه و شکل کروموزومها ثابت بوده و جزو مختصات همه سلولهای سوماتیک یک گونه بحساب می آید.

جدول 1-1- تعداد کروموزوم در داخل سلول های سوماتیک (2n)  چند گونه اهلی

گونه

تعداد کروموزوم در داخل سلول های سوماتیک (2n)

انسان (Homo sapiens sapiens)

46

سگ ( Canis familiaris )

78

گربه (Felis catus )

38

اسب (Equus caballus)

64

الاغ (Equus asinus)

62

گاو (Bos Taurus)

60

گوسفند (Ovis aries)

54

بز (Capra hircus)

60

خوک (Sus domesticus)

38

خرگوش (Oryctolagus cuniculus)

44

مرغ (Gallus gallus)

78

اردک معمولی (Anas platyrhyncos)

* 78

اردک بربری (Cairina moschata)

* 78

* این اعداد هنوز بخاطر وجود میکرو کروموزوم ها مورد تردید هستند.

نزد حیوانات عالی که تمایز جنس ها در آنان انجام پذیرفته است، کروموزوم ها به دو شکل دیده می شوند:

اتوزوم ها که یک جفت کروموزوم همسان از نظر اندازه و شکل هستند؛

کروموزوم های جنسی یا هتروکروموزوم‌ها یا هتروزوم‌ها یا ژونوزوم‌ها که در هر جنس، یک جفت کروموزوم را تشکیل می دهند. پستانداران برخلاف پرندگان، دو ژنوزومX  وY  را در جنس نر و دو ژنوزوم X مشابه را در جنس ماده دارند.

در داخل سلول های جنسی که از تقسیم میوز ناشی می شوند، تنهاn  کروموزوم وجود دارد بدین معنی که از هر جفت کروموزوم سلول های سوماتیک، تنها یک کروموزوم در داخل سلول های جنسی وجود دارد که به این گامت ها (اسپرماتوزوئید و تخمک)، هاپلوئید گفته می شود. در هنگام لقاح، امتزاج تخمک و اسپرماتوزوئید، که هر کدام n کروموزوم دارند، باعث می شود که دوباره تعداد طبیعی 2n کروموزوم در داخل سلول تخم تشکیل شود.

هیبریداسیون بین گونه ای و بین  جنسی[1]

امکان باروری در مورد گونه های نزدیک جانوری وجود داشته و معمولا منجر به پدید آمدن نتاج عقیم می‌گردد. مشهورترین مثال این نوع از تلاقی ها، قاطر یا هیبرید ناشی از باروری الاغ نر و اسب ماده است که سلول های سوماتیک آن  بطور طبیعی حاوی 63  کروموزوم (32 از تخمک +31 از اسپرم) است. نتاج حاصل از تلاقی معکوس، یعنی تلاقی اسب نر با الاغ ماده، استر نامیده می شود.

همچنین امکان دستیابی به هیبرید بین شتر دو کوهانه با شتر یک کوهانه، بین یاک و گاو، بین زبو و گاو، بین اسب و گورخر و بین الاغ و گورخر وجود دارد.

در میان طیور، اردکی که بمنظور تولید " فواگرا [2] " پرورش داده می شود معمولا "مولارد[3]" است که هیبرید حاصل از تلاقی دو گونه متمایز از هم، یعنی اردک معمولی و اردک بربری[4] است. تعداد کروموزوم بین این دو گونه قطعا تفاوتی با همدیگر ندارد ولی تفاوت های ریخت شناسی برای کروموزوم های 1 و 4 توصیف شده اند. مولارد، پرنده ای عقیم و وارث خصوصیات حد واسط والدین خود است بدین صورت که بیشتر در آب (مثل اردک معمولی) حرکت می کند تا اینکه عادت به نشستن بر روی شاخه درخت داشته باشد (مثل اردک وحشی)، رفتار نسبتا آرامی دارد (اردک وحشی بی سر و صدا است در حالیکه اردک معمولی بسیار پر سر و صدا است). دوره انکوباسیون تخم مرغ های مولارد 31 تا 32 روز است که دقیقا با نصف تعداد روزهای انکوباسیون در گونه‌های والد (28 روز برای اردک معمولی و 35 روز برای اردک بربری) برابر است.

 

 

وجود باندهای روی کروموزوم

یکی از ویژگیهای کروموزوم - که کمتر مورد توجه قرار گرفته – وجود باندهایی در طول بازوها است که پس از رنگ آمیزی یا انجام عمل آوری های خاص پدیدار می شوند. تعداد، طول، و نظم و ترتیب قرار گرفتن باندها، صفتی تکرارپذیر بوده و برای هر کروموزوم مخصوص بخود است. وجود این ویژگی باعث می شود که کروموزوم ها بدون هیچ گونه ابهامی از همدیگر تمیز داده شوند. وجود باندها مخصوصا در حالاتی که کروموزوم ها از نظر مورفولوژی بسیار شبیه هم باشند (رک به شکل 1-1)، یا در هنگام تشکیل یک کاریوتیپ (رک به بخش 2-1-1)، یا در هنگام توصیف جزئیات کروموزوم، یا تشخیص مکان نشانگرها و مقایسه کروموزومها در یک گونه یا بین گونه ها، کمک شایانی به شناسایی کروموزوم ها می‌کند. بایستی توجه نمود که هر باند قابل مشاهده هر چقدر هم که نازک باشد، مطابق با یک بخش بسیار طولانی ازDNA  (چند میلیون باز) است. 

شکل 1-1 مثالی از نمایش باند های موجود روی 4 کروموزوم انسان در مرحله متافاز ( شماره 8 تا 11) که از لحاظ مورفولوژی بسیار شبیه هم می باشند (تنها با استفاده از تکنیک تشخیص باند است که می توان آنها را بدقت از هم متمایز نمود).

 

1-1-2- کاریوتیپ                                              

پس از تشخیص و مشاهده کروموزوم های یک سلول سوماتیک در زیر میکروسکوپ و چیدن دو بدوی آنها در کنار هم، کاریوتیپ یک فرد تشکیل می یابد که اگر کروموزوم ها در مرحله متافاز تقسیم، بلوکه شده باشند، بصورت2 کروماتیدی دیده می شوند (رک به شکل 1-2). تشخیص وقایع غیر طبیعی بر روی کروموزوم ها با تجزیه و تحلیل کاریوتیپ میسر می شود.

  • کاریوتیپ نرمال

کاریوتیپ هر گونه مختص همان گونه بوده ولی هرچه تعداد کروموزوم بیشتر باشد، نشانه تکامل یافته تر بودن آن موجود نیست برای مثال در گیاهان حداقل تعداد کروموزومی در اسفناج (12) و حداکثر آن در درخت زیرفون (82) به ثبت رسیده است. در میان حیوانات، 116 کروموزوم در خرچنگ و 46 کروموزوم در انسان شناسایی شده است. تعداد کروموزوم در گونه های اهلی شامل سگ، اسب، گاو، مرغ و دو گونه از اردک در جدول 1-1 آمده است.

شکل 1-2 کاریوتیپ اسب را بصورت شماتیک نمایش می دهد. همانگونه که مشاهده می گردد در کنار (2n-2)  اتوزوم که نزد هر دو جنس بصورت یکسان وجود دارند، 2 هتروزوم X و  Y نیز دیده می شوند بنابراین می توان گفت که کاریوتیپ مزبور، به جنس نر تعلق دارد.

شکل 1-2 نمایش شماتیک کاریوتیپ اسب  (64=n2).

 

 

 

 

 

کاریوتیپ غیر طبیعی: کروموزوم های غیر طبیعی

در برخی از افراد امکان دارد که نقص کروموزومی از نظر تعداد یا ساختاری اتفاق افتد که این نوع از ناهنجاریها همیشگی بوده و تاکنون درمانی برای آن پیدا نشده است.

در مورد انسان، بخش عظیمی از ناهنجاریهای جنینی که بصورت خودبخودی رخ می دهند به کروموزوم‌های غیرطبیعی مربوط می‌شود. در دامهای اهلی این گونه از آنرمالی ها می توانند منجر به کاهش عملکرد، مخصوصا از نظر صفات تولید مثلی گردد. بنابراین کاریوتیپ حیوانات والدی که قرار است تعداد زیادی نتاج تولید نمایند بایستی ابتدا بررسی شود تا اینکه احتمالا دچار نقص کروموزومی نبوده باشند. برای مثال گاوهای نر مورد استفاده در تلقیح مصنوعی باید از نظر کاریوتیپ بررسی شوند.

در فرانسه شناسایی کاریوتیپ دام های اهلی در یک واحد تحقیقاتی مشترک بین اینرا[5] و دانشکده دامپزشکی تولوز انجام می گیرد که تقریبا 2000 حیوان از گونه های مختلف را شامل می شود.

کایمریسم[6]

به پدیده وجود تنوع کاریوتیپی نزد سلول‌های یک فرد، کایمریسم گفته می شود. از میان ناهنجاری‌هایی مشابه، کایمریسم لوکوسیتیXX/XY  در گاو بیش از همه مشهور است که در دوقلوهایی با جنس مخالف، کاریوتیپ بصورت XX+58=n2 یا XY+58=n2  است. این نقص کروموزومی با بروز گوساله های فریمارتین در دوقلوی جنس ماده همراه است که در آن، دستگاه تولید مثلی گوساله ماده غیرطبیعی بوده و حیوان کاملا عقیم است.

آنرمالی از نظر تعداد

این نقص (آنوپلوئیدی) ناشی از کمبود یا اضافه بودن کروموزوم های جنسی یا غیر جنسی است که بخاطر اشتباهات انجام گرفته در حین تقسیم سلولی میتوز یا میوز رخ می دهند. عموما این نوع از ناهنجاری ها تنها در مورد چند کروموزوم بروز می کنند.

وجود سه کرومورزوم (تریزوم) شماره 21 در انسان منجر به مونگولیسم می شود. در گاو، تریوزومی اتوزوم، برای مثال تریوزومی17 یا 18، معمولا کشنده است. ناهنجاری های مربوط به تعداد کروموزوم های جنسی(XYY, XXY , XXX)  منجر به تولید حیواناتی با 61 کروموزوم در گاو می شود که دچار مشکلات باروری بوده و حتی گاهی موجب عقیم شدن کامل حیوان می شود.

آنرمالی از نظر ساختمان کروموزوم ها

گاهی اوقات اتفاق می افتد که یک کروموزوم بصورت عرضی شکستگی پیدا کند که آنرا تغییر مکان ساده می نامند. همچنین امکان دارد قسمتی از کروموزوم شکسته و یا تمامی کروموزوم به یک کروموزوم غیر همولوگ بچسبد که الحاق سانتریک گفته می شود. اگر بخش های شکسته بین دو کروموزوم غیر همولوگ جابجا شوند، بدان تغییر مکان دو جانبه گفته می شود. یک نمونه از این نوع ناهنجاری در دام‌های اهلی رخ می دهد که بقرار زیر است.

تغییر مکان کروموزوم های 1 و 29 در گاو

 در این نوع نقص کروموزومی، بین یکی از کروموزوم های جفت شماره 1 و یک کروموزوم از جفت شماره 29، الحاق سانتریک اتفاق می افتد (رک به شکل 1-3). میزان وقوع این نوع از ناهنجاری، که موجب کاهش باروری می شود، از حدود چند درصد در نژادهای شاروله، لیموزین و مونت بلیارد گرفته تا حدود 10 % در نژاد بلوند آکوتیان متفاوت است. بنظر می رسد نژادهای پریم هلشتاین یا نرماندی از این لحاظ سالم بوده باشند.

در برنامه های گزینش نژاد های گوشتی، نرهایی که این نوع از ناهنجاری ها را داشته باشند شناسایی شده و حذف می شوند. شناسایی نرهای مورد استفاده در تلقیح مصنوعی در هنگامی صورت می گیرد که جوانه های نر در ایستگاه های کنترل عملکرد قرار دارند.     

شکل‑‏1‑3 کاریوتیپ یک گاو نر که در آن الحاق سانتریک 1 و 29 رخ داده است.

 

            شکل‏1‑4 کاریوتیپ یک خوک نر که در آن تغییر مکان 4- /14+  رخ داده است.

 

 

1-2- اسید دزاکسی ریبونوکلئیک یا DNA

 

در طول زندگی سلول، مجموعه مولکولهایی که کروموزوم ها را تشکیل می دهند دچار تغییراتی در شکل و ظاهر خود می شوند بدین ترتیب که در هنگام تقسیم سلولی متراکم و بصورت مولکول قابل مشاهده می شوند. در انتهای تقسیم سلولی که اینترفاز نامیده می شود، کروموزوم ها باز شده و به شکل تارهای بسیار ظریف طولانی در می‌آیند که نوکلئو فیلامان یا فیلامان‌های نوکلئوزومیک  نامیده می شوند. کروموزوم ها در حالتی که باز شده و آزاد می باشند، کروماتین را تشکیل می دهند.

هر نوکلئوفیلامان از یک مولکولDNA  تشکیل شده که پروتئین هایی موسوم به هیستون ها را در بر داشته و ماده ژنتیکی سلول را تشکیل می دهد. هر کروموزوم حاوی یک مولکولDNA  است که بصورت رشته ای و پیوسته بوده و چندین بار بدور خود پیچیده شده و در اطراف سانترومر بحالت رفت و برگشت قرار گرفته است. طول مولکول DNA  بسیار زیاد است (در کروموزوم انسان طول آن به حدود 5 سانتیمتر می رسد) و بکمک تاب خوردن و پیچیدگی بسیار زیاد، در داخل هسته سلول جا می گیرد (قطر هسته در سلول انسان حدود 6 میکرومتر است). اگرDNA  کروموزوم از حالت تا خوردگی باز شود طول آن حدود 8000 برابر بیشتر از طول خود کروموزوم خواهد شد. همچنینDNA  باز شده از هسته سلول انسانی حدود 2 متر طول دارد. مقدار DNA موجود در داخل هر سلول سوماتیک یک گونه از نظر کمی مقدار ثابتی بوده، مختص همان گونه است و برحسب پیکو گرم (10-12)  بیان می‌شود.

                                

در خارج از هسته سلول مقداری DNA نیز در داخل میتوکندری (اندامک های سلولی مختص سلول های یوکاریوت که در متابولیسم سلولی بویژه تنفس سلول دخالت دارند) وجود دارد.

DNA میتوکندریایی از نظر فیزیکی و شیمیایی متمایز از DNA هسته ای بوده و ژنوم خاص میتوکندری را تشکیل می دهد که اندامکی نیمه مستقل از نظر بیوانرژی است. در حیواناتی که از نظر سلسله مراتب تکاملی، در مقام عالیتری قرار دارند تمامی میتوکندری تخم لقاح یافته از تخمک مادری منشا می گیرد چرا که میتوکندری اسپرماتوزوئید در هنگام لقاح بدرون تخم منتقل نمی‌شود. بنابراین DNA میتوکندریایی، هاپلوئید بوده و از طریق مادر منتقل می شود.

1-2-1 ترکیب شیمیایی DNA

از نظر ترکیب شیمیایی، DNA از مواد زیر تشکیل شده است:

-        اسید فسفریکH3PO4  ؛

-        یک قند پنج کربنی بنام دزاکسی ریبوز که اول نام آن در DNA آورده می شود؛

-        چهار باز ازت دار به نام های آدنین (A)، سیتوزین(C) ، گوانین (G) و تیمین (T).

واحد اصلی تشکیل دهنده DNA، نوکلئوتید نامیده می شود که از اتحاد اسید فسفوریک، دزاکسی ریبوز و یکی از چهار نوع باز آلی تشکیل یافته است (رک شکل 1-5). بنابراین می توان DNA را یک پلی نوکلئوتید یا ماکرو مولکولی دانست که مونومرهای آنرا نوکلئوتیدها تشکیل می دهند. با در نظر گرفتن اینکه چهار نوع باز مختلف وجود دارد پس نتیجه می شود که چهار نوع نوکلئوتید متفاوت از نظر باز وجود خواهد داشت که به اسید فسفریک و قند دزاکسی ریبوز متصل می شوند.

شکل 1-5-   شکل یک رشته DNA متشکل از چهار نوکلئوتید متفاوت

 

2-2-1- ساختار

  • زنجیره پلی نوکلئوتیدی

 یک پیوند قوی بین اسید فسفریک نوکلئوتید و دزوکسی ریبوز نوکلئوتید مجاور، آن دو نوکلئوتید را بهمدیگر متصل می سازد (رک شکل 1-5) که در نتیجه یک رشته پلی نوکلئوتیدی متشکل کنار هم قرار رگفتن چندین هزار نوکلئوتید تشکیل می شود. ترتیب قرار گرفتن چهار نوکلئوتید – و بنابراین چهار باز ازته – در طول رشته DNA متفاوت بوده و توالی آنها مختص هر رشته یا بخش ازDNA  است.

با احتساب تعداد بسیار زیاد ترکیب چهار نوکلئوتیدی که بصورت پی در پی در طول یک رشته DNA می توانند پشت سر همدیگر قرار بگیرند می توان گفت که امکان وجود توالی های نوکلئوتیدی متفاوت، تقریبا بی نهایت است. در نتیجه، هر فرد از لحاظ نقشه ژنتیکی منحصر بفرد است باستثنای افراد همانند سازی شده و دو قلوهای واقعی که از یک تخم بوجود آمده اند(دوقلوهای مونوزیگوت).

 

اگر یک رشته حاویn  نوکلئوتید باشد می تواند تعداد n4مولکول DNA  مختلف بوجود بیاورد. مثلا اگر 10=n  باشد، 1048576=410  نوع مولکول DNA  متفاوت می تواند بوجود آید. اگر 100=n  باشد، تعداد 4100 معادل 1060 X 1.6 مولکول DNA مختلف قابل تصور است.  اگر فرض شود که یک ژن از 10000 نوکلئوتید تشکیل شده است، برای هر ژن امکان 410000 نوع ترتیب متفاوت وجود دارد که عددی بسیار بزرگ و نزدیک به بی نهایت است. بنابراین احتمال اینکه دو فرد یک گونه از لحاظ ژنتیکی همانند باشد بشرطی که کلون یا مونوزیگوت نبوده باشند عملا صفر است.

  • مارپیچ دوگانه واتسون و گریک

در سال 1953 واتسون، گریک و ویلکینس، ساختمان مارپیچ دوگانه DNA را پیشنهاد کردند که به خاطر آن برنده جایزه نوبل پزشکی سال 1962 شدند.

مولکولDNA  بصورت دو زنجیره نوکلئوتیدی است که دارای پیچ خوردگی هایی به شکل مارپیچ دو گانه است. این دو زنجیره در سرتاسر طول خود توسط پیوند های عرضی مربوط به باز های دوگانه مکمل (آدنین-تیمین یاA-T  و سیتوزین- گوانین یا C_G) به یکدیگر متصل شده اند. این پیوند های عرضی در مقایسه با پیوند های موجود بین دو نوکلئوتید مجاور در طول زنجیره، ضعیف تر هستند.

در هر کدام از زنجیره‌ها نحوه قرار گرفتن بازها تصادفی نبوده بلکه بازهای هر رشتهDNA  مکمل دیگری است. یک توالی پلی نوکلئوتیدی را توسط بازهای ازته توصیف می کنند مثلا ATATATGTCTGTGT  در روی یک رشته، توالیTATATACAGACACA  را در روی زنجیره مکمل خواهد داشت.

بدین ترتیب هر قسمتDNA  همیشه از دو زنجیره پلی نوکلئوتیدی تشکیل شده است که حاوی بازهای مکمل هستند (رک شکل 1-6) و ساختار فضایی ویژه ای به صورت مارپیچ دو گانه دارد که درآن هر پیچ از نظم خاصی برخوردار است (رک شکل 1-7). اطلاعات ژنتیکی در ترتیب قرار گرفتن متناوب چهار باز ازته یا توالی نوکلئوتیدی نهفته است.

 

 

 

شکل1-6- نحوه قرار گرفتن بازهای مکمل در یک قسمت از DNA

 

 

شکل 1-7- یک قسمت از مولکول DNA  (1nm=10-9 m )

 

 

در صورتیکه یک توالی نوکلئوتیدی مسئول انجام وظیفه‌ی خاص در سلول باشد، یک واحد ژنتیکی بنام ژن را تشکیل می دهد. بطور میانگین در انسان هر ژن حاوی حدود 9000 نوکلئوتید است که گاهی نیز تعداد آن تا 300000 نوکلئوتید افزایش پیدا می کند.

مولکول بسیار طویل DNA حاوی چندین میلیون نوکلئوتید به همراه هیستون ها بوده و بصورت یک کلاف پیچیده شده است تا بتواند در داخل فضای محدود داخل هسته جا بگیرد. شکل فشرده و متراکم مولکولی، ساختار بسیار پیشرفته ماده ژنتیکی را باعث می‌شود که بصورت کروموزوم در مرحله متافاز قابل مشاهده است.

 

 

 

شکل 1-8- ساختمان یک کروموزوم

 

بطور کلی تعداد جفت باز[7] ژنوم (مجموعه ژن ها) مهره داران بالغ بر یک میلیارد است برای مثال 1.2 میلیارد در مرغ و 3 میلیارد در پستانداران پیدا شده است. اگر بطور کلی فرض شود که در پستانداران هر ژن از 10000 نوکلئوتید تشکیل شده باشد (یا 10000pb) مقیاس نسبی یک ژن و زنجیره DNA  که در آن قرار دارد به نسبت 1 به 300000 خواهد بود.

  • جایگاه ژنی و الل ها

یک ژن خاص، همیشه دارای مکان مخصوصی روی مولکولDNA  است که به آن مکان، جایگاه ژنی یا لوکوس گفته می شود و در روی یک کروموزوم خاص است (در مورد کروموزوم های اتوزوم، یک جفت لوکوس وجود دارد). یک لوکوس معین نزد افراد مختلف از یک گونه، چندین فرم متفاوت از ژن می تواند داشته باشد که در آن لوکوس قرار می گیرند. به توالی های نوکلئوتیدی که تفاوت های اندکی  با هم دارند، الل های ژن یا بطور ساده الل گفته می شود. الل ها، لوکوس خاصی را اشغال نموده و باعث می شوند یک صفت کلی، به شکل های گوناگونی تظاهر پیدا کند.

ساده ترین حالت شناخته شده در این مورد، وجود دو الل برای یک ژن در یک لوکوس است که حالت دو اللی گفته می‌شود. گاهی اوقات نیز یک ژن می تواند بیش از دو الل داشته باشد که چند اللی[8] می نامند. در این حالت، الل های مختلف، یک سری از الل ها را تشکیل می دهند (رک فصل 3). یک لوکوس در داخل جمعیت تنها زمانی قابل شناسایی است که حداقل دو شکل متفاوت از ژن تظاهر پیدا کند. بنابراین بمنظور اثبات وجود یک لوکوس، شناسایی حداقل دو الل لازم است.

در سلول دیپلوئید، لوکوسی که بر روی دو کروموزوم همولوگ قرار دارد، توسط یکی از موارد زیر پر می شود:

-        دو الل یکسان، که در این حالت فرد در لوکوس مورد نظر هموزیگوت است؛

-        دو الل متفاوت، که در این حالت فرد در این لوکوس هتروزیگوت است.

 

امروزه برآورد می شود که ژنوم انسانی مشتمل بر22000 تا 25000 لوکوس باشد که بر روی 23 جفت کروموزوم (46=n2) قرار دارند. هر جفت کروموزوم و بنابراین هر کروموزوم، بطور میانگین دارای حدود 1000 لوکوس است. تعداد لوکوس به طول و غنی بودن کروموزوم از نظر لوکوس بستگی پیدا می کند که این دو عامل از کروموزومی به کروموزوم دیگر متغیر هستند.

دقت شود که اصطلاحات لوکوس، ژن و الل در عمل با هم اشتباه نشوند. تعداد ژن‌های (الل ها) متفاوت که بحالت بالقوه در یک فرد وجود دارند در حقیقت بیشتر از تعداد لوکوس های آن است زیرا که امکان دارد در برخی از لوکوس ها حالت هتروزیگوتی وجود داشته باشد. تعدد ژنی در مقیاس گونه، باز هم ازدیاد پیدا می‌کند چرا که امکان دارد پدیده چند اللی در داخل افراد جمعیت یک گونه وجود داشته باشد.

2-نحوه بیان ماده ژنتیکی  

برای سلول، مولکولDNA  نقش بسیار مهمی در مرحله اینترفاز دارد زیرا که هر ژن، ساخته شدن پروتئین ویژه ای را که معمولا یک آنزیم است، هدایت می‌کند. در اینجا هر ژن بعنوان کوچکترین بخش از DNA که قادر به هدایت سنتز یک پروتئین باشد تعریف می شود. با توجه به تعریف یاد شده، یک ژن قسمتی از سلول است که وظیفه‌ی کارکردی دارد. 

 

در مورد حیواناتی که تولیدات آنها حاصل یک سلسله فرآیندهای طولانی و پیچیده است، مفهوم بیولوژیکی" ژن = یک واحد کارکردی "بایستی با احتیاط مطرح گردد. چرا که برای مثال بمنظور سنتز و ترشح شیر، بایستی بیش از 10000 ژن مشخص در سلول اپیتلیال فعال شوند. تعداد این گونه از ژن ها محدود بوده و غالبا تک تک آنها بطور ضعیف تظاهر پیدا می کنند ولی نقش مهمی در کنترل سیستم پیچیده و حساس بروز صفت دارند.

ژن ها در طول رشته DNA، در مجاورت هم قرار نداشته بلکه بین ژن ها یک نواحی متشکل از DNA غیر رمز دار وجود دارند بدین معنی کهDNA  غیر رمز دار، نقش مستقیمی در سنتز هیچ گونه پروتئین ندارد.

مولکول های DNA و پروتئین ها دارای یک وجهه مشترک هستند بدین گونه که آنها مولکولهای بزرگی هستند که با بهم پیوستن مولکول های اصلی خود، یعنی نوکلئوتید ها و اسید امینه ها تشکیل یافته اند. در طول رشته DNA، ترتیب قرار گرفتن 4 نوع  نوکلئوتید از نظر تعداد و مکان – توسط باز‌های ازته آنان – دقیق و مشخص است. به طور مشابه هر پروتئین نیز دارای ترتیب خاصی از اسید امینه های مشخص از میان بیست نوع اسید امینه است.

ترتیب خاصی که بر طبق آن نوکلئوتید ها در درون رشته DNA و نیز اسید امینه ها در پروتئین ها بدنبال هم قرار می گیرند، سکانس یا توالی می نامند. هر رشته DNA و هر پروتئین دارای توالی مخصوص به خود است.

مفهوم توالی از نظر زیستی دارای اهمیت زیادی است چرا که هر پروتئین وظیفه ویژه خود را توسط توالی خود اعمال می کند. بنابراین ساخته شدن یک پروتئین بصورت صحیح، مستلزم اجرای عملیاتی با دقت زیاد است تا اینکه اطلاعاتی که در درون رشته DNA  بصورت توالی نوکلئوتیدی وجود دارد، به صورت سنتز پروتئین نمایانگر شود.

ساخته شدن پروتئین بر مبنای اطلاعاتی که توسط ژن ها انتقال می یابند در دو مرحله به نامهای رونویسی و ترجمه انجام گرفته و مستلزم بکار گیری رمز های ژنتیکی است.

2-1-تشکیل mRNA  : رونویسی  

DNA   با واسطه اسید ریبونوکلئیک پیامبر یا mRNA که از نظر شیمیایی شبیه DNA  است  اقدام به سنتز پروتئین می کند. تشکیل یک تولی متناظر RNA  از روی توالی DNA ، رونویسی گفته می شود که در یوکاریوتها در داخل هسته اتفاق می افتد.

RNA از سه نظر با DNA متفاوت است:

-        RNA  بجای قند 5 کربنی دزاکسی ریبوز، دارای ریبوز است که به همین خاطر نام اسید ریبو نوکلئیک بدان اطلاق می شود؛

-        در میان باز های ازته، تیمین توسط اوراسیل جایگزین شده است. بدین ترتیب بازهای مکمل RNA آدنین-اوراسیل یا A_U  و سیتوزین-گوانین یا C-G  هستند؛

-        RNA  از یک رشته منفرد نوکلئوتیدی تشکیل یافته است.

RNA  در اشکال مختلف مشاهده می گردد که یکی از مهمترین آنها وظیفه ی انتقال پیام از هسته به سیتوپلاسم را دارد که RNA ی پیامبر یا mRNA نامیده می شود.

توالی نوکلئوتید های یک مولکول mRNA – تک رشته ای  – مکمل توالی رشته ی الگو یا قالب[9]  از DNA است(در داخل مارپیچ دو گانه ی DNA، یک رشته الگو یا قالب ژن بوده و رشته ی دیگر مکمل آن است). بنابراین mRNA یک نوع رشته مکمل از زنجیره DNA است (رک شکل 1-9). mRNA  پس از انتقال به داخل سیتوپلاسم، سنتز پروتئین را انجام می دهد که رمز پروتئین در روی mRNA  قرار دارد.

 

 

 

 

شکل 1-9- سازوکار رونویسی یک رشته الگو یا قالب DNA  و mRNA

 

 

اینترون و اگزون

در حقیقت همه DNA موجود در هسته قادر به ساخت mRNA نیست تا اینکه رمز سنتز پروتئین را منتقل نماید. در داخل سلول های یوکاریوت، یک ژن ابتدا بصورت mRNA کاملا رونویسی شده و سپس برخی از توالی های آن بنام اینترون حذف یا برش داده می شوند که این قسمت ها در واقع رمز دار[10] نیستند. مابقیDNA  ، توالی های رمزدار یا اگزون هستند که با یکدیگر مورد پیرایش قرار می گیرند. سازوکار برش و پیرایش (حذف اینترون ها و چسبیدن اگزون ها) را اصطلاحا " بلوغ "mRNA  می گویند بدین معنی کهmRNA    بالغی بوجود می آید که از هسته خارج شده و به یک توالی از اسید امینه ها ترجمه می شود. قسمت اعظم ژن های موجودات یوکاریوت از توالی های رمز دار و غیر رمزداری تشکیل شده اند که بصورت « ناپیوسته» یا « بخش بخش » یا « قطعه قطعه» قرار دارند(رک شکل 1-10). همچنین در داخل کروموزوم ها، قطعاتی از DNA غیر رمزدار وجود دارند که نه تنها در بین ژنها بلکه در داخل ژن ها نیز جای دارند. معلوم شده است که تنها 3 الی 5 % DNA ی کروموزوم انسانی دارای توالی های رمز دار است.

شکل 1-10- سازوکار رونویسی که موجب پدیدار شدن اینترون ها واگزون ها می شود (از نظر ابعاد این شکل واقعی نیست).

 

 

در انسان، از میان حدود10000 نوکلئوتید(یا 10000 جفت باز) که بطور میانگین برای هر ژن در نظر گرفته میشود، حداکثر فقط 1000 نوکلئوتید متناظر با DNA رمزدار می باشد. برای مثال، ژن فاکتور 8 انعقاد خون در انسان – که جهش آن موجب هموفیلی نوع A می شود – متناظر با یک توالی 183000 جفت باز (pb) با 26 اگزون و mRNA  سیتوپلاسمی حاوی 8860 باز می باشد که در این مورد نیز ملاحظه می گردد که فقط   یا حدود 4.8 % DNA ی نخستین را می توان بعنوان قسمت رمزدار در نظر گرفت.

اپیساژ[11]

مطالعه دقیق ژن های موجودات یوکاریوت منجر به لزوم تجدید نظر درباره یکی از یافته های مهم ژنتیک بنام «فرضیه یک ژن- یک پروتئین» شده است. امروزه معلوم شده است که اگزون های پیش mRNA[12] ، خاص همیشه به شکل یکسان اپیساژ[13] نمی شود بدین معنی که پیش mRNA می تواند mRNA های بالغ متفاوتی را پدید آورد که ترتیب اگزون های آنان متفاوت از همدیگر بوده و در نتیجه چندین پروتئین را بوجود می آورند. این پدیده «اپیساژ آلترناتیو» یا «اپیساژ دیفرانسیل» نامیده می شود. اینکه چگونه امکان دارد یک ژن خاص موجب سنتز پروتئین های مختلف برحسب بافت مورد نظر شود، توسط پدیده اپیساژ توجیه پیدا می کند. ژن ها در واقع دارای این ویژگی هستند که برحسب هر بافت بطور اختصاصی عمل می کنند. بعبارت دیگر ژن ها برحسب هر بافتی که در آن قرار دارند تظاهر ویژه ای پیدا می کنند.

پدیده اپیساژ برای مثال در مورد ژن کلسیتونین یا هورمون تنظیم کننده کلسیم خون اتفاق می افتد بدین صورت که در برخی سلول های غده تیروئید، این ژن سنتز کلسیتونین را کنترل می کند و در برخی سلول های مغز، دستور سنتز یک پپتید نوروترانسمتر یا CGRP را می دهد(رک شکل 1-11). به همین ترتیب در سلول های نوع بتای لوزالمعده، ژن انسولین بشدت تظاهر پیدا می کند (سلول دارای mRNA های زیادی است که دستور ساخته شدن انسولین را می دهند) در صورتیکه در داخل نورون این ژن خنثی باقی می ماند.

برآورد می شود که بیش از 40 % ژن های یک فرد قابلیت بروز اپیساز آلترناتیو را داشته باشند. این موضوع باعث می شود پروتئین های زیادی امکان سنتز پیدا کنند که تعداد آنها بسیار بیشتر از تعداد ژن ها است. بنابراین شناخت ژنوم – مجموعه ژن های موجود در کروموزوم ها – به تنهایی نمی تواند برای بیان ژن ها در سطح سلولی کافی باشد. به مدد پیشرفت های بیولوژی مولکولی، امروزه مطالعه ترانسکریپتوم[14] امکان پذیر شده است.  مطالعه مجموعه مولکول های mRNA – ترانسکریپت ها -  که توسط سلول های یک فرد در یک زمان خاص تولید می شوند، مطالعه ترانسکریپتوم گفته می شود.

 

 

 

 

شکل 1-11  سازوکار اپیساژ آلترناتیو

 

2-2- سنتز پروتئین: ترجمه

به ساخته شدن یک رشته از اسید امینه ها توسط بازخوانی رمزهای mRNA، ترجمه گفته می شود که در داخل سیتوپلاسم و روی اندامک هایی بنام ریبوزوم انجام می گیرد.این مرحله از انتقال اطلاعات ژنتیکی بسیار پیچیده تر از مرحله رونویسی است بدین صورت که در اینجا نوع دیگری از RNA بنام tRNA یا RNA ی ناقل  در ترجمه mRNA به رشته پروتئینی دخالت می کند. ریبوزوم ها با همکاری tRNA و آنزیم ها، بصورت یک ماشین ترجمه عمل می کند که توالی نوکلئوتیدی را به توالی اسیدامینه ها در پروتئین مبدل می سازد.

 

 

تغییرات پسا ترجمه ای

ساختار اولیه رشته پروتئینی تغییرات متعددی را در حین و یا بعد از سنتز متحمل می شود که به آنها تغییر و تحول « پسا ترجمه ای » اطلاق می گردد. در 95 % موارد معلوم شده که رشته پروتئین نهایی، ساختار کم و بیش تغییر یافته ای را نسبت به ساختار خود در ابتدای سنتز به نمایش می گذارد.  این تغییرات پسا ترجمه ای غالبا از نظر زیستی مهم هستند چرا که آنها می توانند خواص پروتئین ها را از نظر شکل، فعالیت، انتقال، مکان و غیره تحت تاثیر قرار دهند. این تغییرات انواع زیادی دارند که شامل اضافه شدن گروه های متیل(-CH3) ، اتصال با قند ها و فسفوریلاسیون می شوند. برای مثال فسفوریلاسیون پسا ترجمه ای کازئین های موجود در شیر نشخوار کنندگان، منشا پدیدار شدن انواعی از پروتئین ها می شود که از لحاظ خواص الکتروفوزی متفاوت می باشند.

علاوه از اینها بایستی خاطر نشان ساخت که تمامی کارکردهای سلولی بتنهایی توسط شناخت ژنوم قابل توجیه نیست و از این رو است که امروزه متخصصین ژنتیک بدنبال بررسی « پروتئوم»[15]، یعنی مجموعه پروتئین های سنتز شده بر مبنای mRNA هستند.

مثال کازئین αs1

لوکوس کازئین αs1 – که با αs1-Cas نشان داده می شود – در بز، این امکان را فراهم آورد که بروز اپیساژ و تغییرات پسا ترجمه ای بر روی تنوع پروتئین تولیدی بررسی شود. ژن موسوم به کازئین αs1 دارای این قابلیت است که پلی مورفیسم کمپلکسی را از لحاظ تنوع کمی و کیفی بروز دهد. در واقع حدود 15 الل در این لوکوس وجود دارند – که فراوانی آنها در هر جمعیت مختص بخود بوده – و اثر قابل توجهی بر درصد پروتئین شیر و خواص فیزیکوشیمیایی شیر دارد. وانگهی، ناهنجاری های ویرایشی – که در خصوص 20 % از mRNA ی  αs1-Cas رخ می دهد – باعث تعدد رونویسی ها می شود. همچنین یک الل بخودی خود قادر به تولید انواع مختلفی از رشته های پروتئینی است که آنها نیز در معرض تغییرات پسا-ترجمه ای (فسفوریلاسیون) قرار می گیرند که میزان وقوع این نوع از تغییرات پسا-ترجمه ای نیز متغیر می باشد.

بطور کلی دو منبع تنوع یعنی پیرایش متفاوت و تغییرات پسا-ترجمه ای، در کنار هم این پتانسیل را دارند که در یک الل، 24 شکل مولکول پروتئین را بسازند.  

2-3-رمز ژنتیکی

مسیری که از ژن تا ساخته شدن پروتئین طی می شودشبیه به یک سامانه مکاتبه است که باعث شده به آن رمز ژنتیکی اطلاق کنند. رمز ژنتیکی نزد همه موجودات زنده باستثنای جند سویه پارامسی وجود داشته و بنابراین همگانی محسوب می شود.

با در نظر گرفتن اینکه RNA حاوی چهار نوع نوکلئوتید مختلف از لحاظ باز ازته (A,C, G, T) است و نیز وجود 20 اسید امینه متفاوت در پروتئین ها ، رمز ژنتیکی باید قادر باشد که با استفاده از الفبای متشکل از چهار حرف، 20 لغت متفاوت برای 20 اسید امینه را بسازد. بدیهی است که چهار نوکلئوتید برای 20 اسید امینه کافی نبوده و بایستی هر اسید امینه توسط گروهی از نوکلئوتید های متوالی موجود بر روی رشته RNA طراحی گردد. اگر قرار بود که نوکلئوتید ها بصورت دو تایی رمز ژنتیکی را منتقل نمایند در آن موقع 16=42  ترکیب متفاوت امکان پذیر بود که برای 20 اسید امینه ناکافی است. در حالت دیگر اگر قرار بود که نوکلئوتید ها بصورت سه تایی رمز ژنتیکی را منتقل نمایند در این صورت 64=43 ترکیب سه گانه متصور است که برای 20 اسید امینه، زیادی هم است. در هر صورت راه حل حد واسطی بین 16 و 64 میسر نیست.

ماهیت رمز ژنتیکی از اصول زیر تبعیت می نماید(رک شکل 1-12):

-        طراحی یک اسید امینه، توسط یک ترکیب سه تایی از نوکلئوتیدها که کدون[16] نامیده می شود انجام می شود؛

-        نحوه استقرار اسیدهای امینه یک پروتئین توسط ترتیب کدون هایی تعیین میگردد که روی رشته ی DNA در کنار همدیگر قرار دارند؛

-        تعداد رمزهای ژنتیکی نسبت به تعداد اسید امینه ها اضافه است بدین معنی که قسمت اعظم اسیدهای امینه توسط چند کد متفاوت، مشخص می شوند. گاهی ذکر می شود که تعدادی از رمزهای ژنتیکی « تباه» می شوند ولی نکته بسیار مهم این است که رمز ژنتیکی به هیچ وجه مبهم نبوده و هر کدون مخصوص فقط یک اسید امینه خاص است؛

-        در میان 64 کدون موجود، 61 کدون مختص 20 اسید امینه می باشند. ترتیب بازهای آلی AUG  دو وظیفه بر عهده دارد: از طرفی رمز اسید امینه ی متیونین است و از طرف دیگر آغاز شدن یک توالی رمز برای یک پروتئین را معلوم می سازد(کدون آغازی یا کدون " حرکت"). سه کدون – UAA, UAG و UGA  - مختص هیچ اسید امینه ای نیستند (کدون بی معنی) ولی وظیفه آنان علامت دادن در انتهای یک توالی رمز دار است (کدون توقف یا کدون "ایست").

شکل 1-12 رمز ژنتیکی

 

شکل 1-13 مکانیسم های رونویسی DNA و ترجمه mRNA را بطور توام نشان می دهد.

 

شکل 1-13 مکانیسم های رونویسی DNA و ترجمه mRNA

 

 

 

 

3- انتقال مواد ژنتیکی در بین نسل های مختلف

 

تقسیم سلولهای زنده بدین منظور انجام می پذیرد که از طرفی موجود زنده رشد کند و به بلوغ رسیده و همچنین سلولهای تازه جانشین سلولهای پیر شوند، و از طرف دیگر  نسل آینده متولد گردد.

در تقسیم اولی، اطلاعات ژنتیکی بطور کامل از سلول مادر به سلول دختر یا همان سلول سوماتیک که هر دو دیپلوئید هستند منتقل می شود. این نوع از تقسیم سلولی، میتوز یا تقسیم متعادل گفته می شود. میتوز جزئی از یک فرآیند مداوم یا همان چرخه سلولی است بدین صورت که تقسیم های متعادل بتعداد بسیار زیادی رخ می دهند تا اینکه یک موجود زنده به بلوغ رسیده و به زندگی خود ادامه دهد. بدین ترتیب هر سلول مادر به دو سلول دختر تقسیم می شود که شبیه هم بوده و همسان با سلول مادر هستند. در  اینجا منظور از همسان بودن آن است که سلول های مادری و دختری، هم از لحاظ تعداد کروموزوم و هم از نظر ماهیت ژنهای تشکیل دهنده، عین همدیگر هستند. بنابراین میتوز باعث می شود که ذخیرهDNA  ی سلولی و اطلاعات ژنتیکی موجود در سلول محافظت گردد.

در تقسیم نوع دوم یا میوز، گامت های هاپلوئید از سلول مادر دیپلوئید حاصل می شود. میوز یک نوع تقسیم کاهشی است که طی آن مواد ژنتیکی از سلول های سوماتیک به گامت ها جریان پیدا می کند و  سپس این گامت ها در ایجاد فرزند مشارکت می کنند. بنابراین در زندگی یک موجود زنده که بطریقه جنسی تولید مثل می نماید تولید گامت  ها و رخ دادن پدیده لقاح، حوادث مهمی بحساب می آیند. بدین ترتیب انتقال مواد ژنتیکی از نسلی به نسل دیگر با مداخله کروموزوم ها که حاوی ژن ها و بعبارتی اطلاعات ژنتیکی هستند صورت می پذیرد.

تولید مثل جنسی موجب پدید آمدن نسل هایی در آینده می شود که افراد آن دارای مشابهت ها و تفاوت هایی در درون خود هستند. در واقع هر یک از گامت ها ی نر و ماده، دارای یک ماده ژنتیکی مختص بخود می باشد. پدیده لقاح موجب پدیدار شدن یک فرد می شود که در طی آن دو گامت با هم امتزاج پیدا می کنند و مواد ژنتیکی هر دو گامت در داخل تخم، یکی می شوند. بنابراین هر فرد از نظر ژنتیکی منحصر بفرد بوده و در داخل یک گونه متمایز از سایرین است. این ویژگی فقط در مورد دوقلو های مونوزیگوت مصداق پیدا نمی کند.

 

3-1- همانند سازی DNA قبل از میوز

3-1-1- مکانیسم همانند سازی

 

در انتهای مرحله اینترفاز تقسیم میوزی، همانند آنچه که در تقسیم میتوزی اتفاق می افتد، DNA ی موجود در هسته دو برابر می شود که بدلیل همانند سازی مولکول DNA  است.

مکانیسم همانند سازی به شکل « نیمه محافظه کارانه» (از لحاظ اطلاعات ژنتیکی) انجام می پذیرد. آغاز همانند سازی با جدا شدن پیوند های ضعیف موجود بین باز های ازته دو رشته مولکول DNA  شروع می شود. بدین ترتیب هر رشته می تواند زنجیره مکمل خود را با استفاده از نوکلئوتید های آزاد موجود در سلول بسازد. بازهای ازته موجود در هر رشته تازه تشکیل شده مکمل بازوی دیگر است و در غیاب رخ دادن اشتباهات همانند سازی، مولکول های DNA  ی خواهر نظیر مولکول مادر خواهند بود. با این  حساب،  پدیده های دو برابر شدن و همانند سازی، همزمان با هم اتفاق می افتند(رک شکل 1-14).

شکل 1-14 سازوکار همانند سازی DNA

 

 

3-1-2 اشتباهات نسخه برداری: جهش های ژنی

 

اصطلاح موتاسیون ژن، به پدید آمدن هر گونه تغییر در داخل توالی نوکلئوتیدی یک ژن اطلاق می گردد. همچنین جهش می تواند در داخل توالی نوکلئوتیدی غیر رمزدار که در بین ژن ها وجود دارد اتفاق افتد که از این نوع از جهش ها، مخصوصا در تهیه انگشت نگاری های ژنتیکی استفاده می شود. مجموعه جهش ها – ژنی و غیر ژنی- روی هم رفته باعث پدیدار شدن پلی مورفیسم DNA شده و در آن سهیم هستند.

تغییراتی که غالبا بدنبال وقوع اشتباهات در مرحله‌ی همانند سازی DNA رخ می دهند، امکان دارد باعث گم شدن یا تغییر اطلاعات ژنتیکی شوند. با وجود این، غالبا امکان تصحیح جهش ژنی به کمک ژن های تعمیرکننده وجود دارد که در این حالت، جهش « خاموش» یا « خنثی» باقی مانده و تظاهر پیدا نمی کند.

گاهی اوقات نیز – بدون اینکه عامل بوجود آورنده جهش وجود داشته باشد- جهش هایی بصورت خود بخود و تصادفی بوقوع می پیوندد که میزان آن بسیار نادر است. برای مثال در انسان برآورد می شود که بازای هر 2000 باز موجود در داخل توالی های رمز دار، یک جهش اتفاق می افتد. در قسمت های قبلی ژن را بعنوان یک واحد کارکردی معرفی کردیم در اینجا نیز با توجه به مطالب فوق الذکر می توانیم ژن را بعنوان واحد جهش معرفی نماییم(رک بخش 2).

وقوع جهش ژنی موجب تغییر در پیامی می شود که در داخل ژن وجود دارد و در نتیجه، یک نوع ویرایش جدید یا الل جدید خلق می شود که می تواند بی اثر بوده و یا دارای اثر مطلوب یا نامطلوب باشد. به این پدیده، پلی مورفیسم ژنی گفته می شود که در نزد ژن ها یک پدیده کاملا شناخته شده است. بنابراین جهش موجب بوجود آمدن پلی مورفیسم ژنتیکی یا تنوع ژنتیکی در یک جمعیت می شود. مثلا در یک گونه، قسمت اعظم اطلاعات ژنتیکی در همه افراد، مشترک بوده و باعث می شود که صفات ویژه آن گونه مختص بخود و متمایز از گونه های دیگر باشد ولی در داخل هر فرد نیز یک ترکیب بدیع از الل های ژنی گونه وجود دارد که موجب بروز تفاوت های فردی در بین افراد یک گونه می شود. در دامپروری، تنها بخش کوچکی از این تنوع ژنتیکی در سطحDNA  را می توان توسط تنوع موجود در عملکرد ها مشاهده نمود.

در صورتیکه جهش تنها در سلول های سوماتیک و در حین تقسیم میتوز رخ دهد، فقط فرد مورد نظر را تحت تاثیر قرار می دهد و نمی تواند به نتاج منتقل شود. برعکس اگر جهش در سلول های ژرمینال و در حین تقسیم میوز رخ دهد، الل های حاصل از جهش در گامت ها ظهور پیدا کرده و بنابراین قابل انتقال به نتاج خواهند بود. مثال هایی از جهش های ژنی قابل انتقال و مهم در دامپروری، در فصل 3 مورد بحث قرار خواهد گرفت.

 

 

مارکر های مولکولی

پلی مورفیسمDNA  که با نواحی رمز دار ژن (اگزون) در ارتباط است، اینترون ها و DNA ی غیر رمز دار موجود در بین ژن ها را نیز تحت تاثیر قرار می دهد و اصولا جهش، جزو مختصات ژنوم است(در انسان بازای هر 800 باز آلی، تقریبا یک جهش اتفاق می افتد). در ژنوم یک جمعیت، در داخل یکسری از نواحی بدون رمز و غیر رو نویسی شده ، تنوع بین فردی برای یک لوکوس خاص مشاهده می شود. این فرم های متنوع همچنانکه در مورد ژن ها نامگذاری گردید، در اینجا نیز الل نامیده می شوند. با شناسایی این نواحی– که در اینجا نیز لوکوس نامیده می شوند – و تعیین تنوع توالی آنها، می توان از آنها بعنوان مارکر[17] یا نشانگر استفاده نمود. مارکرهای مولکولی را به دو گروه بزرگ دسته بندی می کنند: الگو[18] های تکراری ( که فقط در داخل نواحی غیر رمزدار پیدا می شوند) و جهش های دقیق (که در داخل نواحی رمزدار و غیر رمز دار وجود دارند).

الگوهای تکراری

در داخل الگوهای تکراری، وجود پلی مورفیسم بر اساس وجود تنوع بین اللها از نظر تعداد تکرار های یک توالی کوتاه ازDNA است (وظیفه بیولوژیک این قطعه از DNA که به آن DNA ی "ماهواره ای" نیز گفته می شود هنوز بطور دقیق مشخص نگردیده است ولی این احتمال وجود دارد که در تنظیم بیان ژن دارای نقش باشد). الگوهای تکراری را همچنین توالی های تکراری تاندوم[19]  یا  VNTR[20](تعداد متغیری از تکرار های تصادفی) می نامند. اندازه ی VNTR ها متغیر بوده و از تکرار های تصادفی یک الگو یا موتیف منفرد با اندازه ی متغیر تشکیل شده اند. در روی یک رشتهDNA، موتیف تکراری به نوکلئوتید ها مربوط می شوند بدین ترتیب که شناسایی هر کدام از آنها توسط یک باز ازته (A,C,G,T) انجام می شود. اگر رشته ی مکمل DNA را نیز در نظر بگیریم، با تکراری از یک جفت باز موتیف مواجه می شویم که در اینجا گفتن تکرار نوکلئوتید ها بصورت باز (b)  یا جفت باز (pb)  تفاوت چندانی با هم ندارد. ماهواره ها، مینی ماهواره ها و میکرو ماهواره ها یا  [21]STRبرحسب اندازه موتیف و تکرار، قابل شناسایی هستند.

مینی ماهواره ها، توالی هایی از DNA هستند که تکراری از یک موتیف با دهها جفت باز دارند. ویژگی آنها داشتن پلی مورفیسم بسیار زیاد است بدین معنی که تنوع بسیار زیادی از یک فرد به فرد دیگر از لحاظ تعداد تکرار تصادفی مشاهده می گردد. کاربرد اصلی مینی ماهواره ها بمنظور انگشت نگاری DNA مخصوص هر فرد است که «انگشت نگاری ژنتیکی» نامیده می شود.

ریزماهواره ها[22]، یاSTR  متشکل از توالی های DNA می باشند که یک تکرار موتیف بسیار کوتاه 2 تا 5 جفت باز دارند. فراوان ترین موتیف موجود در حیوانات، دی نوکلئوتید CA(یا مکمل آن GT)است که حداکثر بتعداد 25 دفعه تکرار شده و آنرا بصورت (CA)nنمایش می دهند. ریز ماهواره ها بتعداد زیاد (مثلا 10000 در گاو شیری) و بصورت یکنواخت در سرتاسر ژنوم پخش شده و در طول زندگی حیوان تعداد آنها ثابت است. ویژگی آنها وجود پلی مورفیسم بسیار زیاد است. وجود این ویژگی ها باعث شده است که ریزماهواره ها بعنوان نشانگرهای ژنتیکی مد نظر قرار گرفته و بیشتر از همه در کارتوگرافی ژنوم مورد استفاده قرار گیرند. همچنین از آنها بمنظور شناسایی تک تک افراد یک جمعیت برحسب انگشت نگاری ژنتیکی و نیز برای کنترل انساب یا پدربودگی [23] حیوانات اهلی بکار روند( رک فصل 2، قسمت 2-4).

جهش های نقطه ای

این نوع از جهش ها فقط در ناحیه بسیار محدودی از ژنوم – حداکثر چنر نوکلئوتید- رخ می دهند و منشا اصلی پلی مورفیسم هستند.

ساده ترین نوع تغییر، جایگزینی یک باز با باز دیگر است که باعث پدید آمدن اسنیپ [24] می شود. شایع ترین نوع اسنیپ همان وجود دو الل در یک لوکوس است. اگر این نوع از جایگزینی در برخی از نواحی رمز دار رخ دهند باعث تغییر در ماهیت اسید امینه ی کد شده برحسب مکان آن در کدون می شوند. بطور کلی اسنیپ موجب بروز اثرات مهم نمی گردد مگر اینکه جهش موجب بروز یک کدون «بی معنی» یا «توقف» شود. در این نوع از جهش، یک زنجیره پروتئینی دیگر ساخته می شود که من بعد وظیفه ی خود را انجام نداده و در نتیجه این الل غیر فعال می گردد(رک شکل 1-15).

شکل 1-15 – نتایج ناشی از بروز جهش نقطه ای یک باز جهش یافته

 

 

در برخی از موارد ممکن است جهش طوری اتفاق افتد که یک یا چند باز همراه با هم حذف(فراموش) شده یا تکرار و یا اضافه شوند. این نوع از جهش ها مثل جهش های قبلی تقریبا در اکثر موارد منجر به پدید آمدن الل های غیر فعال می گردد. تغییرات ناشی از این نوع جهش در سطح توالی نوکلئوتیدی ناچیز است اما ترجمه باعث می شود که تکثیر زیادی پیدا کند. در واقع، این مکانیسم توسط یک گروه سه تایی از نوکلئوتید ها یا کدون اعمال می گردد. اضافه شدن و یا بیرون کشیده شدن یک نوکلئوتید تنها، می تواند منجر به بروز یک جابجایی در هنگام خوانده شدن شود که این خطر را در پی دارد که نه تنها کدون را در سطح مکان خود، بلکه در سطوح پایین تر نیز تحت تاثیر قرار دهد. در این شرایط زنجیره های پلی پپتیدی که بعد از بروز جهش ساخته می شوند کاملا متفاوت از آن چیزی خواهند شد که قبل از جهش قرار بود ساخته شود. معمولا طول این زنجیره پلی پپتیدی ناشی از الل جهش یافته کوتاهتر است چرا که جابجایی ناشی از جهش موجب پدیدار شدن یک کدون « بی معنی» یا « توقف» در مکان توالی جدید می شود.

همانگونه که قبلا نیز ذکر شد بزرگترین منشا پلی مورفیسم اسنیپ است (در پستانداران فراوانی آن حدود 100 برابر بیشتر از n((CA است) به همین خاطر اسنیپ را ایده آل ترین نشانگر می دانند بشرطی که تکنیک های لازم جهت تشخیص اتوماتیک در مقیاس بزرگ و بصورت همگانی و همزمان در دسترس باشد. همچنین مزیت دیگر آن، هزینه کمتر توالی یابی[25] نسبت به هزینه ریزماهواره ها است. بکارگیری این نوع از نشانگرهای ژنتیکی (ایجاد کارت ژنتیکی، پیدا کردن QTL، گزینش یکمک نشانگر یا MAS، کنترل پدربودگی، مطالعات تنوع ژنتیکی و غیره) در قسمت های بعدی کتاب مورد بحث قرار می گیرد. 

3-2- میوز

گامت ها (یا سلول های جنسی) در مقایسه با سلول های معمولی (یا سلول های سوماتیک) دارای چندین ویژگی هستند:

-        گامت ها از یک لایه خاص سلولی بنام لایه ژرمینال ناشی می شوند که متشکل از سلول های تمایز نیافته اند؛

-        گامت ها از شکل خاصی از پدیده تکامل یا گامتوژنز حاصل می شوند بدین صورت که به کمک کاهش کروماتینی که در حین میوز اتفاق می افتد، سلول های هاپلوئیدی (باn  کروموزوم) بوجود می آیند؛

-        هدف نهایی از بوجود آمدن گامت ها آن است که در لقاح یا امتزاج گامت های نر و ماده شرکت کرده و یک موجود دیپلوئید (n2  کروموزومی) بصورت فرزند را پدید آورند؛

میوز از دو تقسیم متوالی تشکیل شده که منجر به پدید آمدن چهار سلول هاپلوئیدی از یک سلول دیپلوئیدی می شود. تقسیم اولی میوز تقسیم کاهشی بوده و دومی، یک تقسیم متعادل است.

تقسیم نوع اول یا تقسیم کاهشی از نظر موارد زیر متمایز از تقسیم میتوز(تقسیم متعادل) است:

-        یک سلول دیپلوئید مادر، دو سلول هاپلوئید دختر را بوجود می آورد؛

-        کروموزوم های همولوگ سلول مادر تقسیم پیدا نمی کنند بلکه از همدیگر جدا شده و هریک با سگرگاسیون[26] تصادفی بداخل یکی از دو سلول خواهری مهاجرت می کنند؛

-        در سطح سانترومر، تمیز دادن کروموزومها بصورت دو کروماتیدی امکان پذیر نیست.

3-2-1- ترازنامه میوز

تقسیم میوز هم از نظر کمی و هم از نظر کیفی، پدیده قابل توجهی بحساب می آید.

  • بیلان از لحاظ کمی

هر سلول دختر تنها نیمی از تعداد کروموزوم های سلول دیپلوئید اولیه را در بر دارد. شکل 1-16 بصورت شماتیک نحوه سگرگاسیون تصادفی کروموزوم ها را در تقسیم میوز نشان می‌دهد (بدون کراسینگ اور بین کروموزوم ها). تعداد گامتی که می تواند از یک فرد منتج شده و از نظر کروموزومی متفاوت از هم باشد برابر با n2 است برای مثال این عدد در انسان 8388608=223 و در گاو 1073741824=230 گامت است.  

 

شکل 1-16- نمایش شماتیک تقسیم میوز بدون وجود کراسینک اور بین کروموزومی

 

 

  • بیلان از نظر کیفی

هر سلول دختر هاپلوئید تنها یکی از دو همولوگ سلول اولیه دیپلوئیدی را دارا می باشد. این کروموزوم ها بطور کلی تحت تاثیر پدیده کراسینگ اور قرار می گیرند(رک شکل 1-17) که از نظر ژنتیکی موضوع بسیار مهمی است.

 

 

 

 

شکل1-17 نمایش شماتیک میوز برای دو لوکوس A وB در حالات انجام نوترکیبی و بدون نوترکیبی

 

3-2-2-نتایج تقسیم میوز از منظر ژنتیکی

انتقال مواد ژنتیکی از نسلی به نسل دیگر توسط تقسیم میوز امکان پذیر می گردد و بویژه تبادلات داخل و بین کروموزومی باعث می شود که مواد ژنتیکی دارای تنوع باشند.

  • بین کروموزوم ها

در طی جریان تقسیم میوز و در هنگام سگرگاسیون تصادفی کروموزوم ها، تبادلاتی بین کروموزوم ها انجام می گیرد بدین ترتیب که کروموزوم همولوگ جفت والدینی به حالت تصادفی در داخل یکی از گامت ها قرار می گیرند.

ژنوم یک گامت، متشکل از یک کروموزوم از هر جفت کروموزوم والدینی است که بصورت شانسی در داخل گامت قرار گرفته است که به این پدیده « تصادفی بودن میوز» اطلاق می شود (همچنین هر گامت – نر در پستانداران و ماده در پرندگان- دارای یکی از دو کروموزوم جنسی X یا Y است).

  • تبادلات روی خود کروموزوم ها

تبادلات کروموزومی بدین صورت شکل می‌گیرد که قطعاتی از دو کروموزوم همولوگ سلول مادری مبادله می شوند که به این پدیده «کراسینگ اور» گفته می شود.

در پدیده «کراسینگ اور»، الل یک ژن که در روی یک کروموزوم قرار دارد در طی تقسیم میوز با الل دیگر این ژن که بر روی کروموزوم همولوگ قرار دارد معاوضه می شود. بروز این پدیده باعث می شود تا ژن را که تا اینجا بعنوان یک واحد کارکردی و واحد جهش معرفی می گردید، بعنوان یک واحد نوترکیبی نیز بتوان در نظر گرفت. در جهان واقعی، تعداد زیادی کراسینگ اور در حد فراوان اتفاق می افتند.

در حالت میوز بدون بروز هیچ گونه کراسینگ اور (تئوری)،  مجموعه ژن هایی که توسط یک کروماتید حمل می شود بصورت یک بلوک به سلول های خواهر منتقل می شود و در این حالت، ارتباط بین ژن ها یا لینکاژ[27] وجود دارد(رک به بخش 3-2-1).

 بر عکس، در حالت وجود کراسینگ اور، تبادلات بین کروموزومی و داخل کروموزومی اتفاق افتاده و تعداد گامتی که از نظر ژنتیکی متفاوت هستند، بسیار بسیار بالا است. این تنوع گامتی با ازدیاد تعداد کراسینگ اور بیشتر می شود (که بدان درصد نوترکیبی نیز گفته می شود). همچنین هر چقدر اندازه کروموزوم بزرگتر باشد، تنوع گامتی باز هم زیاد می شود. بدین ترتیب ملاحظه می  گردد که پدیده کراسینگ اور چقدر می تواند تنوع ژنوم گامت های منتج از یک فرد را بطور قابل ملاحظه ای افزایش دهد. همچنین اگر تنها در سطح کروموزومی در نظر بگیریم، می توان نتیجه گرفت که تعداد گامت متفاوت از نظر ژنتیکی که یک فرد می تواند تولید کند، بسیار زیاد است. حال اگر تعداد ژن های موجود در داخل هر کروموزوم را نیز به حساب بیاوریم، تعداد گامت متفاوت باز هم ازدیاد پیدا می کند بنحویکه فرضا اگر DNA تمامی سلول های دیپلوئید یک فرد، حاوی اطلاعات ژنتیکی یکسانی بوده باشند، هر گامت منتج از این فرد عملا حاوی اطلاعات ژنتیکی بدیعی خواهد بود. بعبارت دیگر، با وجود اینکه DNA موجود در همه سلول های سوماتیک هر فرد با همدیگر یکسان هستند (باستثنای پدیده کایمریسم) ولی این سلول ها در بین جمعیت مورد نظر، منحصر بفرد می باشند(باستثنای دوقلوهای حقیقی و موجودات همانند سازی شده).

 

 

فراوانی نوترکیبی بویژه تابع فاصله موجود بین لوکوس ها است بطوریکه میزان «نوترکیبی» در دو لوکوس نزدیک به هم اندک بوده و این دو لوکوس همیشه تمایل دارند که همراه با هم منتقل شوند در حالتیکه دو لوکوس دور از هم موجود در روی یک کروموزوم عملا مثل دو لوکوس مستقل از همدیگر عمل می نمایند. قدیمی ترین و رایج ترین روش اندازه گیری فاصله بین دو ژن که فاصله ژنتیکی گفته می شود، تعیین درصد نوترکیبی بین دو لوکوس است.

در آغاز سده بیستم، استارت وانت[28]- یکی از دانشجویان مورگان- که بر روی دروزوفیلا کار می کرد، با استفاده از این متد توانست مکان نسبی ژن ها بر روی کروموزوم ها را تعیین کرده و فاصله ژنتیکی بین آنها را محاسبه نماید. وی اصول تشکیل کارت ارتباط ژنتیکی یا همان کارت ژنتیکی (رک فصل 2 بخش 2-3) را بنا نهاد. واحد شمارش فاصله ژنتیکی که به افتخار مورگان سانتی مورگان(cM) نامیده می شود، بدین صورت تعریف می شود: فاصله بین لوکوس ها در روی کروموزوم بطوریکه از هر صد تا، یکی نوترکیب باشد. بدین ترتیب هر سانتی مورگان برابر با 1% نوترکیبی است.

در مورد پستانداران اهلی که اندازه ژنوم آنا در حد سه میلیارد جفت باز است، وقوع 1 % نوترکیبی بین دو لوکوس معادل فاصله ژنتیکی در حد یک میلیون باز می باشد. با این وصف، حتی اگر فاصله ژنتیکی بین دو لوکوس نزدیک به صفر هم بوده باشد، باز هم فاصله فیزیکی(برحسب تعداد باز) می تواند بسیار قابل توجه بوده باشد.

3-3- تولید مثل و  پیش آفرینی[29]

حیوانات عالی، انتقال ماده ژنتیکی از یک نسل به نسل دیگر را طی فرآیندی بنام « تولید مثل جنسی» انجام می دهند. این فرآیند دارای دو مرحله است:

-        مرحله گامتوژنز که تقسیم میوز در آن یک مرحله مهم ژنتیکی است، باعث می شود که از یک فرد تعداد زیادی گامت متفاوت از نظر ژنتیکی تولید شوند(رک به بخش 3-2)؛

-        مرحله لقاح که در آن گامت های نر و ماده که هر کدام مواد ژنتیکی مخصوص بخود را دارند، با هم تلاقی پیدا می کنند. در این مرحله در واقع هر والد فقط نیمی از اطلاعات ژنتیکی خود را از طریق گامت ها منتقل می نماید. این دو نیمه ژنتیکی در داخل تخم بهمدیگر ملحق شده و مجموعه کاملا جدیدی را تشکیل می دهند که با وجود برخی از شباهت ها با والدین، در عین حال از هر دو والد متفاوت است. بنابراین همیشه فرزندان نسبت به والدین خود از منظر ژنتیکی موجودات بدیعی بحساب می آیند. این بداعت ژنتیکی حتی در بین فرزندان یک پدر و مادر نیز وجود دارد و فرزندانی که در نوبت های زایش متفاوت متولد می شوند و یا بصورت چند قلو و همزمان در یک زایش متولد می شوند باستثنای مورد هموزیگوت ها (که آنها نیز از لحاظ ژنتیکی متمایز از والدین خود هستند) از لحاظ ژنتیکی بدیع هستند.

وجود این مکانیسم باعث شده است که اصطلاح « تولید مثل» به چالش کشیده شود چرا که از لغت تولیدمثل این طور برداشت می شود که در نتیجه آن یک موجود کاملا مشابه والدین بوجور خواهد آمد. بنابراین شاید بهتر باشد که اصطلاح « پیش آفرینی» بجای آن بکار رود چرا که در آن پدیده جنسیت، یعنی لزوم همکاری دو فرد برای خلق شدن نفر سوم یا نفرات بعدی – بصورت پیش آفریده- وجود دارد. لغت تولید مثل به مفهوم دقیق کلمه فقط درمورد باکتری ها و پارامسی ها – و کلا همه جانداران فاقد جنسیت – مصداق دارد که قادر هستند با بوجود آوردن دو موجود همانند خود، تکثیر پیدا کنند. همچنین درباره دو برابر شدن اطلاعات ژنتیکی در مکانیسم تکثیر DNA (رک بخش 3-1-1) و نیز در مورد کلون سازی نیز نمی توان از اصطلاح تولید مثل استفاده نمود.

بنابراین، انتقال مواد ژنتیکی در جانوران عالی، به مثابه بیرون آمدن یک شماره بلیط در مسابقه بخت آزمایی است که از میان دو الل امکان پذیر برای یک لوکوس، یک الل خاص انتخاب می گردد. به همین ترتیب مکانیسم تولید مثل نیز در ذات خود بصورت شانسی عمل می کند یعنی هر والد چند رونوشت از ژن های خود را ارایه می کند ولی انتخاب شدن ژن های نتاج، نصف از یک والد و نصف از والد دیگر، و تشکیل شدن سلول تخم کاملا بصورت شانسی صورت می گیرد.

همنگونه که پیشتر نیز ذکر گردید، پدیده شانسی بودن در دو سطح اتفاق می افتد: ابتدا در میوز و سپس در جریان لقاح که دو گامت منفرد از لحاظ ژنتیکی بطور تصادفی با همدیگر امتزاج پیدا می کنند. پس نتیجه گیری می شود که هر فرد از نظر ژنتیکی منحصر بفرد است که در این میان افراد همانند سازی شده و دوقلوهای مونو زیگوت مستثنی هستند.

 

 

 

فرض کنیم که برای لوکوس A، هر والد دارای دو ژن یا الل متمایز A1 و A2 باشند. با احتساب پدیده تصادف، هر فرزند تولیدی می تواند دو الل A1، یا دو الل A2  یا یک الل A1 و یک الل A2 داشته باشد. پس سه نوع ترکیب در این لوکوس امکان پذیر است که عبارتند از: A1/A1 ، A2/A2 وA1/A2.

برای دو لوکوس متفاوت و مستقل، 9=32  نوع ترکیب امکان پذیر است و برای n لوکوس، n3ترکیب محتمل خواهد بود.

وقتی که n به عدد صد نزدیک می شود، حاصل n3 یک عدد نجومی خواهد بود. برای مثال برای 200=n عدد 3200 به بی نهایت سوق پیدا می کند چرا که عددی شامل بر 94 رقم است.

4- ژن، صفت، فنوتیپ و ژنوتیپ

4-1- نقش سه گانه ژن

در بخش های قبلی این فصل ذکر گردید که ژن را بعنوان یک توالی نوکلئوتیدی تعریف می کنند که مسئول سنتز یک پروتئین می باشد. این پروتئین می تواند در انجام یک وظیفه ی سلولی نقش داشته باشد بنابراین ژن مقدمتا بعنوان یک واحد کارکردی مطرح می باشد (رک بخش 2).

اگر توالی نوکلئوتیدی یک ژن بخصوص در حین رونویسی DNA دچار تغییر و تحول شود، در این صورت پروتئینی که توسط آن ژن ساخته می شود تغییر یافته و این پدیده را تحت عنوان جهش یا موتاسیون معرفی می نمایند که خود آن نیز موجب بروز پلی مورفیسم ژنتیکی می شود(رک 3-1-2). بنابراین ژن بعنوان واحد جهش نیز مطرح است و می تواند چندین فرم یا الل داشته باشد.

و بالاخره، یک توالی ژنتیکی در مرحله میوز مورد تبادل بین کروموزومی قرار گرفته و الل هل بین کروموزوم های همولوگ مبادله می شوند. در این الت، ژن را بعنوان واحد نوترکیبی مطرح می کنند(رک 3-2-2). دو پدیده فوق الذکر یعنی جهش و نو ترکیبی، منشا وجود نوترکیبی مثلا در یک جمعیت یا گونه بحساب می آیند.

بنابراین «ژن» که همانا ترتیب خاصی از اسیدهای نوکلئیک است، بطور کلاسیک بعنوان واحدی تعریف می شود که دارای وظایف سه گانه ای است: واحد کارکرد یا وظیفه ای، واحد جهش و واحد نوترکیبی.

4-2- صفت، فنوتیپ و ژنوتیپ

بمنظور تمیز دادن تک تک افرادی که یک جمعیت دامی را تشکیل می دهند از اصطلاح کاراکتر یا خصوصیت استفاده می شود. در دامپروری، یک خصوصیت (یا صفت) عنصری است که با استفاده از آن می توان یک فرد را شناسایی و توصیف نمود. یک خصوصیت می تواند کم و بیش پیچیده، دارای نظم و ترتیب مورفولوژیکی یا خارجی، فیزیولوژیکی و بیوشیمیایی یا تولیدی و روانشناسی یا رفتاری باشد. با مشاهده یک خصوصیت – بصورت عددی یا غیر عددی – است که می توان به تفاوت ها و شباهت های موجود بین افراد یک جمعیت پی برد. تعریف حدود و صغور یک صفت همیشه موضوعی اختیاری است بدین معنی که تعریف یک صفت به اهداف و انتخاب فرد مشاهده کننده بستگی پیدا می کند.

         جمعیت

مجموعه عناصری را که مورد مطالعه آماری قرار می گیرد، جمعیت گویند. در علم ژنتیک و اصلاح دام، اصطلاح «جمعیت» غالبا برای مجموعه ای از حیوانات با یک تیپ ژنتیکی اطلاق می شود که به یک نژاد خاص تعلق دارند: مثلا جمعیت «شاروله»، «پریم هلشتاین»، «ایل دو فرانس»، «اینرا 401 [30]»، «آلپاین»، «سانن»، «لارژوایت»، «لند رایس فرانسه» و غیره. گاهی اوقات نیز اصطلاح جمعیت برای نامگذاری یک عده از افراد زیر مجموعه جمعیت از یک نژاد مثل لاین ، سوش، فامیل، رده و ... بکار برده می شود. گاهی نیز گروهی از حیوانات که در یک مکان جمع شده اند یا بویژه از یک نژاد هستند، جمعیت نامیده می شوند(رک به فصل های 6 و 10).

مجموعه صفات یک فرد – که ممکن است  بصورت عددی یا غیر عددی باشد- فنوتیپ آن فرد نامیده می شود. همچنین می توان فنوتیپ را بعنوان برآورد کلی عمل همه ژن های یک فرد تلقی نمود که کم و بیش تحت تاثیر محیطی که فرد در آن زندگی می کند قرار می گیرد. عملا در دامپروری همه صفات یک فرد در نظر گرفته نمی شود بلکه معمولا منظور از فنوتیپ، تنها چند صفت است که فرد مشاهده گر در نظر می گیرد. به همین ترتیب می توان ژنوتیپ را این گونه تعریف نمود که مجموعه ژن های یک فرد که بر روی یک یا چندین صفت مشخص اثر دارند، ژنوتیپ آن فرد را تشکیل می دهند.

رابطه بین ژن و صفت پیچیده بوده و بر حسب نوع صفات متغیر است. این رابطه را می توان در سه زمینه مطالعاتی ژنتیک بصورت زیر تعریف نمود:

-        در مبحث ژنتیک مولکولی، وقتی که یک ژن بصورت یک پروتئین تظاهر بیوشیمیایی پیدا می کند، موجب بروز صفت می شود. در این مورد می توان گفت که رابطه ژن-صفت یک رابطه نسبتا مستقیم و ساده است؛

-        در مبحث ژنتیک به اصطلاح مندلی، «صفات کیفی» غالبا به تعداد اندکی لوکوس که حاوی چند الل هستند بستگی دارد. این صفات را بهتر است که  با لغت صفات «غیر کمی» نام ببرند زیرا که این صفات اساسا به کیفیت محصولات دامی مربوط نیستند(رک فصل 3). ژن های کنترل کننده ی این گونه از صفات را «ژن های عمده» گویند؛

-        در مبحث ژنتیک به اصطلاح کمی، صفات «کمی» - یعنی دارای یک مقدار عددی – ظهور یکسری وظایف فیزیولوژیکی پیچیده هستند که توسط تعداد بسیار زیادی از ژن های مستقر در لوکوس های متفاوت، کنترل می شوند. بدین ترتیب در ژنتیک کمی، هر ژن دارای یک اثر ضعیف و مستقل از ژن های دیگر بر روی صفت است که این توع تفسیر را مدل «چند ژنی[31]» یا مدل « بینهایت کوچک [32]» می نامند که امروزه این مدل بیشتر مورد بحث و مداقه قرار دارد(رک فصل 2، بخش 2 و فصل 5). وقتی که درباره نحوه کنترل این نوع از صفات بحث می شود اصطلاح «پلی ژن» بکار می رود که کم و بیش تحت تاثیر محیط قرار می گیرند.

دو تعریف آخر فوق الذکر از علم ژنتیک، همان استفاده از تکنیک ها و روشهایی است که تا اواخر سده بیستم در دامپروری کلاسیک مورد استفاده قرار می گرفتند. امروزه با در نظر گرفتن علم ژنتیک مولکولی و پیشرفت هایی که در زمینه «ژنومیک» بدست آمده، پرسپکتیو های جدیدی فرا روی سه جنبه از ژنتیک مذکور گشوده شده است. در ژنومیک، استفاده از ژن های یک موجود برای مطالعه وظیفه آن مورد نظر است و اگر از اطلاعات فنوتیپی صرف نظر کنیم می توان گفت که گزینش دام های اهلی در حقیقت با استفاده از اطلاعات مولکولی به انجام می رسد. مخصوصا سعی می شود بدون اینکه نیازی به اطلاعات عملکردی باشد، ژن های دارای اثرات مهم – یا نشانگر های ژنتیکی موجود در مجاورت آنها- شناسایی گردد. با ادامه این روند، کارایی گزینش بطور کاملا محسوسی زیاد خواهد شد.

         نحوه نمایش سمبولیک ژنوتیپ و فنوتیپ

در دامپروری در مورد صفات «مندلی» و بعبارت دیگر در مورد صفات «غیر کمی»، یک رابطه تنگاتنگ و مستقیم بین ژنوتیپ و فنوتیپ وجود دارد. بمنظور نمایش سمبولیک یک فنوتیپ، اسم ژن (های) مسئول در داخل علامت کروشه قرار داده می شود.

برای مثال صفت «شاخداری» در گاو و بز که توسط یک لوکوس اتوزوم با دو الل کنترل می شود با نماد P (بدون شاخ) و p (شاخدار) نمایش داده می شود بدین ترتیب حیوانی که ژنوتیپ p/p را دارد فنوتیپ شاخدار خواهد داشت که با نماد [p] نشان داده می شود. به همین ترتیب، در مرغ صفت قد به یک لوکوس هتروزومی با دو الل بستگی دارد: dw (کوتوله) و DW (قد نرمال) . پس پرنده ای با ژنوتیپ Xdw/Xdw فنوتیپ کوتوله با نماد [dw] نشان خواهد داد. اثر متقابل بین الل های مستقر در یک لوکوس، شامل غلبه، مغلوبیت و تظاهر همزمان(رک فصل 3) نیز با این نماد سمبولیک قابل نمایش است.

خلاصه

در موجودات یوکاریوت، کروموزوم های موجود در هسته سلول، حامیان مورفولوژیکی وراثت محسوب می شوند. ساختار کروموزوم ها که بصورت جفت جفت در یک فرد وجود دارند (2n) مختص همان گونه بوده و حاوی یک مولکول DNA است که اطلاعات ژنتیکی را در بر دارد. مجموعه اطلاعات ژنتیکی یک فرد، ژنوم آن فرد را تشکیل می دهد.

مولکول DNA به شکل یک مارپیچ دو رشته ای سازمان دهی شده است که هر رشته از توالی چهار نوع نوکلئوتید تشکیل یافته است. تفاوت نوکلئوتید ها در باز ازته موجود در ساختمان آنها یعنی آدنین(A)، سیتوزین(C)، گوانین(G)  و تیمین (T) است. نحوه قرار گرفتن نوکلئوتیدها در دو رشته بصورت مکمل همدیگر است (A-T یا C-G).

یک ژن قسمتی از DNA بوده و برحسب توالی نوکلئوتیدهای آن تعریف می شود. ژن ها قسمت رمز دار ژنوم هستند بدین معنی که ژن ها بخش هایی از DNA می باشند که می توانند بصورت پروتئین ها ترجمه شوند. ژن ها فقط 3 تا 5 % ژنوم را تشکیل می دهند.

ساخته شدن پروتئین ها در دو مرحله اتفاق می افتد: رونویسی DNA به RNA ی پیامبر(mRNA) در هسته، و ترجمه mRNA به پروتئین ها که در سطح ریبوزوم های سیوپلاسم انجام می شود. ترجمه طبق یک رمز ژنتیکی منحصر بفرد انجام می گیرد بدین معنی که یک اسید امینه متناظر با یک کد متشکل از سه نوکلئوتید یا کدون است.

در هر قسمتی از ژنوم، حاوی یک لوکوس یا یک توالی از نوکلئوتیدهای رمز دار یا غیر رمز دار، پدیده جهش می تواند رخ دهد و موجب شود که ژنوم یک فرد از فرد دیگر از این جهت متفاوت باشد. این تنوع موجب بروز پلی مورفیسم DNA می شود. توالی های مختلف که در یک لوکوس بروز می کنند الل نامیده می شوند.

منتقل شدن مواد ژنتیکی از نسلی به نسل دیگر معمولا یادآور تولیدمثل بطریقه جنسی است و بدین ترتیب گامت ها – سلول های n کروموزومی که حتی در یک فرد نیز متفاوت از هم می باشند- در جریان تقسیم یموز تولید می شوند. بخاطر نحوه جداسازی کروموزوم ها در حین تقسیم و تلاقی تصادفی گامت ها در هنگام تلقیح می توان گفت که هیچ فردی از نظر ژنتیکی مشابه فرد دیگر نمی تواند باشد مگر اینکه افراد، همانند سازی شده یا دو قلوهای مونوزیگوت بوده باشند. همچنین، تولیدمثل جنسی یک نوع «پیش خلقت» محسوب می شود که در آن لازم است دو فرد برای بوجود آوردن فرد سوم که از نظر ژنتیکی متمایز از والدین است، مشارکت داشته باشند.

در دامپروری، یک صفت را بعنوان عنصری در نظر می گیرند که توسط آن می توان افراد یک جمعیت را از همدیگر متمایز نمود. اگر بخواهیم از دیدگاه اهداف یک فرد مشاهده گر صفت را تعریف کنیم می توان این گونه بیان کرد که صفت، نظم مورفولوژیکی یا خارجی، فیزیولوژیکی و بیوشیمیایی یا تولیدی ، و نیز روانشناختی یا رفتاری است. مجموعه صفات یک فرد بصورت کلی فنوتیپ فرد را تشکیل می دهد که کم و بیش تحت تاثیر محیط قرار داشته و همه ژن ها (ژنوتیپ آن فرد) آن را کنترل می کنند.

رابطه بین ژن(ها) و صفت(ها) پیچیده و متغیر است که موجب بروز سه زمینه مطالعاتی در علم ژنتیک کلاسیک شده است: ژنتیک مولکولی که در آن رابطه ژن- صفت نسبتا ساده و مستقیم است؛ ژنتیک «مندلی» که در آن صفات «کیفی» به تعداد اندکی ژن «ماژور » یا بزرگ اثر بستگی دارد که معمولا در یک لوکوس قرار دارند؛ و  ژنتیک «کمی» که در آن صفات تحت تاثیر تعداد بسیار زیادی از ژن ها قرار می گیرند که در لوکوس های متفاوت قرار دارند (مدل پلی ژنیک). با احتساب ژنتیک مولکولی و پیشرفت هایی که در زمینه ژنومیک حاصل آمده است امروزه پرسپکتیوهای جدیدی فرا روی سه زمینه مطالعاتی ژنتیک قرار گرفته است.

 

عکس صفحه نمایشگر یک توالی DNA در کامپیوتری که به دستگاه سکانساژ متصل است.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

رنگ آمیزی کروموزوم های گاو با باند R با سوند کروموزوم انسانی 20. با این سوند بخشی از هر دو کروموزوم گاوی شماره 13 رنگ آمیزی شده اند.



[1] از نظر  سلسله مراتب جانور شناسی مد نظر است.م

[2] Foie gras  

 با نزدیک تر شدن سال نو میلادی بازار فروش فواگرای حاصل از جگر غاز و اردک در فرانسه رونق می گیرد. این غذا و یا بعبارت بهتر پیش غذا، مختص فرانسوی هاست که معمولا در شب نوئل صرف می شود. از نظر ارزش غذایی کیفیت بسیار خوبی دارد و حاوی  اسید چرب امگا 3 است و  از خوراکی های تشریفاتی است. وزن این نوع جگر بسیار بیشتر از وزن جگر اردک وغاز پرورش یافته در حالت معمولی است. بزرگ شدن جگر بخاطر نحوه خاص پرورش این نوع ماکیان است که ۲-۳ هفته آخر دوره پرورشی  آنها را بصورت اجباری تغذیه می کنند و مقدارغذایی که باید در ۲۴ ساعت خورده شود فقط در۲ یا ۳ وعده وارد چینه دان حیوان می کنند. م

[3] Mulard

[4] Barbarie

[5] Institue National Recherché Agronomique موسسه تحقیقات ملی کشاورزی

[6] Chimérisme

 

[8] Polyallélisme

[9] Informatif

[10] Codant

[11] L'épissage

[12] ARN Pré messager

[13] برای تشکیل شدن mRNA های نهایی از پیش mRNA  ها بایستی اینترون ها حذف شوند و اگزون ها بترتیب به همدیگر وصل شوند که به این پدیده اپیساژ گفته می شود(مترجم).

[14] Transcriptome

[15] Proteome

[16] Codon

[17] Marqueur

[18] Motif

[19] Tandem

[20] Variable Number of Tandem Repeats

[21] Short Tandem Repeats

[22] Micro-Satellites

[23] Filiations

[24] SNP=Single Nucleotide Polymorphism

[25] Typage

[26] Segregation

[27] Linkage

[28] A. H. Sturtevant

[29] Procréation

[30] INRA 401

[31] Polygénique

[32] Infinitésimale

  
نویسنده : رأفت ; ساعت ٢:٥٠ ‎ب.ظ روز ۱٧ شهریور ۱۳۸٩