تعدد الأشكال

📅 آخر تحديث: ٧ أغسطس ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٧ أغسطس ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 9 صور
الموسوعة الحرة
خريطة بسيطة للنمط الجيني والنمط الظاهري لا تظهر إلا تأثيرات التعددية المضافة. G1 وG2 وG3 هي جينات مختلفة تساهم في السمات الظاهرية P1 وP2 وP3.

تحدث ظاهرة تعدد الأشكال (من الكلمة اليونانية πλείων pleion بمعنى "أكثر" و τρόπος tropos بمعنى "طريق") عندما يؤثر جين واحد على اثنتين أو أكثر من السمات الظاهرية غير المرتبطة ببعضها البعض . ويُطلق على مثل هذا الجين الذي يُظهِر تعبيرًا ظاهريًا متعددًا اسم الجين متعدد الأشكال. وقد يكون للطفرة في الجين متعدد الأشكال تأثير على العديد من السمات في وقت واحد، بسبب ترميز الجين لمنتج يستخدمه عدد لا يحصى من الخلايا أو الأهداف المختلفة التي لها نفس وظيفة الإشارة.

يمكن أن تنشأ تعدد الأشكال من عدة آليات متميزة ولكنها متداخلة، مثل تعدد الأشكال الجينية ، وتعدد الأشكال التنموي ، وتعدد الأشكال الانتقائي. يحدث تعدد الأشكال الجينية عندما يتفاعل منتج جيني مع العديد من البروتينات الأخرى أو يحفز تفاعلات متعددة. يحدث تعدد الأشكال التنموي عندما يكون للطفرات تأثيرات متعددة على النمط الظاهري الناتج . يحدث تعدد الأشكال الانتقائي عندما يكون للنمط الظاهري الناتج العديد من التأثيرات على اللياقة البدنية (اعتمادًا على عوامل مثل العمر والجنس). [1]

من أمثلة تعدد الأشكال مرض فينيل كيتونوريا ، وهو اضطراب وراثي يؤثر على مستوى الفينيل ألانين ، وهو حمض أميني يمكن الحصول عليه من الطعام، في جسم الإنسان. يتسبب فينيل كيتونوريا في زيادة كمية هذا الحمض الأميني في الجسم، وهو ما قد يكون خطيرًا للغاية. يحدث هذا المرض بسبب خلل في جين واحد على الكروموسوم 12 الذي يشفر إنزيم فينيل ألانين هيدروكسيلاز ، والذي يؤثر على أنظمة متعددة، مثل الجهاز العصبي والجلدي . [2]

يمكن أن يحد عمل الجينات المتعددة الأشكال من معدل التطور المتعدد المتغيرات عندما يؤدي الانتقاء الطبيعي أو الانتقاء الجنسي أو الانتقاء الاصطناعي على سمة واحدة إلى تفضيل أليل واحد، بينما يؤدي الانتقاء على سمات أخرى إلى تفضيل أليل مختلف. بعض تطور الجينات ضار بالكائن الحي. غالبًا ما توضح الارتباطات الجينية والاستجابات للانتقاء تعدد الأشكال.

تاريخ

كانت السمات متعددة الأشكال قد تم التعرف عليها سابقًا في المجتمع العلمي ولكن لم يتم تجربتها حتى تجربة جريجور مندل على نبات البازلاء عام 1866. أدرك مندل أن بعض سمات نبات البازلاء (لون غلاف البذور ولون الزهرة والبقع المحورية) تبدو موروثة معًا؛ [3] ومع ذلك، لم يتم إثبات ارتباطها بجين واحد أبدًا. تم صياغة مصطلح "تعدد الأشكال" لأول مرة من قبل لودفيج بليت في كتابه Festschrift ، الذي نُشر عام 1910. [3] لقد عرّف في الأصل تعدد الأشكال على أنه يحدث عندما "تعتمد العديد من الخصائص على ... [الوراثة]؛ ستظهر هذه الخصائص دائمًا معًا وبالتالي قد تبدو مترابطة". [4] لا يزال هذا التعريف مستخدمًا حتى اليوم.

بعد تعريف بلات، كان هانز جرونبرج أول من درس آليات تعدد الأشكال. [3] في عام 1938 نشر جرونبرج مقالاً يقسم تعدد الأشكال إلى نوعين متميزين: تعدد الأشكال "الحقيقي" وتعدد الأشكال "المزيف". تعدد الأشكال "الحقيقي" هو عندما ينشأ منتجان أوليان متميزان من موضع واحد . من ناحية أخرى، تعدد الأشكال "المزيف" هو إما عندما يتم استخدام منتج أولي واحد بطرق مختلفة أو عندما يبدأ منتج أولي واحد سلسلة من الأحداث ذات العواقب الظاهرية المختلفة . توصل جرونبرج إلى هذه التمييزات بعد إجراء تجارب على الفئران ذات الطفرات الهيكلية. لقد أدرك أن تعدد الأشكال "المزيف" كان موجودًا في الطفرة، بينما لم يكن تعدد الأشكال "الحقيقي" موجودًا، وبالتالي أبطل نظريته الأصلية جزئيًا . [5] من خلال الأبحاث اللاحقة ، ثبت أن تعريف جرونبيرج للتعدد الشكلي "الزائف" هو ما نحدده الآن ببساطة باسم "تعدد الشكل الشكلي". [3]

في عام 1941، أبطل علماء الوراثة الأمريكيون جورج بيدل وإدوارد تاتوم تعريف جرونبيرج للتعدد الشكلي "الحقيقي"، ودافعوا بدلاً من ذلك عن فرضية "جين واحد - إنزيم واحد" التي قدمها في الأصل عالم الأحياء الفرنسي لوسيان كوينو في عام 1903. [3] [6] حولت هذه الفرضية الأبحاث المستقبلية المتعلقة بالتعدد الشكلي نحو كيفية قدرة جين واحد على إنتاج أنماط ظاهرية مختلفة.

في منتصف الخمسينيات من القرن العشرين، أكد ريتشارد جولدشميت وإرنست هادورن ، من خلال بحثين فرديين منفصلين، على خطأ تعدد الأشكال "الحقيقي". وبعد بضع سنوات، قسم هادورن تعدد الأشكال إلى نموذج "فسيفساء" (ينص على أن موضعًا واحدًا يؤثر بشكل مباشر على سمتين ظاهريتين) ونموذج "علائقي" (يشبه تعدد الأشكال "الزائف"). لم تعد هذه المصطلحات مستخدمة ولكنها ساهمت في الفهم الحالي لتعدد الأشكال. [3]

من خلال قبول فرضية جين واحد وإنزيم واحد ، ركز العلماء بدلاً من ذلك على كيفية تأثر السمات الظاهرية غير المقترنة بإعادة التركيب الجيني والطفرات، وتطبيقها على السكان والتطور . [3] تم تضمين وجهة النظر هذه للتعددية الوراثية، "التعددية الوراثية الشاملة"، والتي تم تعريفها على أنها طفرات موضعية قادرة على التأثير على جميع السمات بشكل أساسي، لأول مرة من خلال النموذج الهندسي لرونالد فيشر في عام 1930. يوضح هذا النموذج الرياضي كيف تعتمد اللياقة التطورية على استقلال التباين الظاهري عن التغيرات العشوائية (أي الطفرات). ويفترض أن الاستقلال الظاهري المتزايد يتوافق مع انخفاض في احتمالية أن تؤدي طفرة معينة إلى زيادة في اللياقة. [7] وتوسعًا في عمل فيشر، قدم سيوال رايت المزيد من الأدلة في كتابه عام 1968 التطور وعلم الوراثة للسكان: الأسس الوراثية والبيومترية باستخدام علم الوراثة الجزيئي لدعم فكرة "التعددية الوراثية الشاملة". لقد أدت مفاهيم هذه الدراسات المختلفة حول التطور إلى نشوء العديد من مشاريع البحث الأخرى المتعلقة باللياقة البدنية الفردية. [1]

في عام 1957، افترض عالم الأحياء التطوري جورج سي ويليامز أن التأثيرات المعادية ستظهر أثناء دورة حياة الكائن الحي إذا كان مرتبطًا ارتباطًا وثيقًا ومتعدد الأشكال. يفضل الانتقاء الطبيعي الجينات الأكثر فائدة قبل التكاثر من بعدها (مما يؤدي إلى زيادة النجاح الإنجابي ). وبمعرفة ذلك، زعم ويليامز أنه إذا كان الارتباط الوثيق موجودًا فقط، فستحدث السمات المفيدة قبل التكاثر وبعده بسبب الانتقاء الطبيعي. ومع ذلك، لا يُلاحظ هذا في الطبيعة، وبالتالي يساهم تعدد الأشكال المعادي في التدهور البطيء مع تقدم العمر ( الشيخوخة ). [8]

الآلية

يصف مصطلح تعدد الأشكال التأثير الجيني لجين واحد على سمات نمطية متعددة. والآلية الأساسية هي الجينات التي تشفر منتجًا يستخدمه العديد من الخلايا أو لديه وظيفة إشارات تشبه الشلال تؤثر على أهداف مختلفة.

السمات المتعددة الجينات

يبدو أن تعدد الأشكال الجينية محدود بالنسبة للعديد من السمات لدى البشر، وذلك لأن التداخل في SNP، كما تم قياسه من خلال التباين المأخوذ في الاعتبار، بين العديد من المتنبئين المتعددي الجينات صغير.

إن أغلب السمات الوراثية متعددة الجينات بطبيعتها: فهي تخضع لسيطرة العديد من المتغيرات الوراثية، ولكل منها تأثير صغير. وقد توجد هذه المتغيرات الوراثية في مناطق ترميز البروتين أو مناطق غير ترميزه في الجينوم. وفي هذا السياق يشير مصطلح تعدد الأشكال إلى التأثير الذي يحدثه متغير وراثي معين، مثل تعدد أشكال النوكليوتيدات المفردة أو SNP، على سمتين أو أكثر من السمات المميزة.

أدت دراسات الارتباط على مستوى الجينوم (GWAS) وتحليل التعلم الآلي لمجموعات البيانات الجينومية الكبيرة إلى إنشاء تنبؤات متعددة الجينات تعتمد على SNP للسمات البشرية مثل الطول وكثافة العظام والعديد من مخاطر الأمراض. توجد تنبؤات مماثلة للأنواع النباتية والحيوانية وتستخدم في التربية الزراعية.

أحد مقاييس التعدد الجيني هو نسبة التباين الجيني المشترك بين سمتين بشريتين معقدتين متميزتين: على سبيل المثال، الطول مقابل كثافة العظام، أو سرطان الثدي مقابل خطر الإصابة بنوبة قلبية، أو مرض السكري مقابل خطر قصور الغدة الدرقية. وقد تم حساب ذلك لمئات الأزواج من السمات، مع عرض النتائج في الجدول. في معظم الحالات التي تم فحصها، كانت المناطق الجينومية التي تتحكم في كل سمة منفصلة إلى حد كبير، مع تداخل متواضع فقط.

وهكذا، على الأقل بالنسبة للصفات البشرية المعقدة التي تم فحصها حتى الآن، فإن تعدد الأشكال محدود في مدى.

نماذج للأصل

يصف أحد النماذج الأساسية لأصل تعدد الأشكال موقعًا واحدًا للجين للتعبير عن سمة معينة. يؤثر الموقع على السمة المعبر عنها فقط من خلال تغيير التعبير عن مواضع أخرى. بمرور الوقت، يؤثر هذا الموقع على سمتين من خلال التفاعل مع موضع ثانٍ. من شأن الانتقاء الاتجاهي لكلا السمتين خلال نفس الفترة الزمنية أن يزيد من الارتباط الإيجابي بين السمتين، في حين أن الانتقاء على سمة واحدة فقط من شأنه أن يقلل من الارتباط الإيجابي بين السمتين. في النهاية، تم ربط السمات التي خضعت للانتقاء الاتجاهي في وقت واحد بجين واحد، مما أدى إلى تعدد الأشكال.

يقترح نموذج "الحاجز المتعدد الأشكال" نمط نمو لوجستي لزيادة تعدد الأشكال بمرور الوقت. ويميز هذا النموذج بين مستويات تعدد الأشكال في الجينات الأحدث والأقدم تطوريًا والتي تخضع للانتقاء الطبيعي. ويشير إلى إمكانية أعلى للابتكار الظاهري في الجينات الأحدث تطوريًا بسبب انخفاض مستويات تعدد الأشكال لديها.

تعوض نماذج أخرى أكثر تعقيدًا عن بعض أوجه القصور في النموذج الأساسي، مثل السمات المتعددة أو الافتراضات حول كيفية تأثير المواضع على السمات. كما تقترح فكرة أن تعدد الأنماط الجينية يزيد من التباين الظاهري لكلا السمتين نظرًا لأن طفرة واحدة في جين ما من شأنها أن تخلف تأثيرًا مضاعفًا. [9]

تطور

يمكن أن يكون للتعدد الشكلي تأثير على معدل تطور الجينات وترددات الأليلات . تقليديًا، تنبأت نماذج التعدد الشكلي بأن معدل تطور الجينات يرتبط سلبًا بالتعدد الشكلي - فكلما زاد عدد السمات في الكائن الحي، انخفضت معدلات تطور الجينات في مجموعة الكائن الحي. [10] لم يتم العثور على هذه العلاقة بوضوح في الدراسات التجريبية لفترة طويلة. [11] [12] ومع ذلك، كشفت دراسة تستند إلى جينات الأمراض البشرية عن دليل على انخفاض معدل التطور في الجينات ذات التعدد الشكلي الأعلى.

في التزاوج، قد تتطور إشارات ومستقبلات الاتصال الجنسي لدى العديد من الحيوانات في وقت واحد كتعبير عن جين واحد، بدلاً من نتيجة الانتقاء على جينين مستقلين، أحدهما يؤثر على سمة الإشارة والآخر يؤثر على سمة المستقبل . [13] في مثل هذه الحالة، من شأن تعدد الأشكال أن يسهل التزاوج والبقاء. ومع ذلك، يمكن أن يعمل تعدد الأشكال سلبًا أيضًا. وجدت دراسة أجريت على خنافس البذور أن الصراع الجنسي داخل الموضع ينشأ عندما يتسبب الانتقاء لبعض الأليلات من جين مفيد لجنس واحد في التعبير عن سمات ضارة محتملة من قبل نفس الجين في الجنس الآخر، خاصةً إذا كان الجين موجودًا على كروموسوم جسمي . [14]

تعمل الجينات متعددة الأشكال كقوة تحكيمية في عملية تكوين الأنواع . استنتج ويليام ر. رايس وإيلين إي. هوسترت (1993) أن العزلة الجينية الملحوظة في دراساتهما هي نتاج لدور تعدد الأشكال في تحقيق التوازن في الانتقاء غير المباشر. من خلال تقليد سمات الأنواع المهجنة غير الخصبة ، لاحظا أن إخصاب البيض تم منعه في جميع دراساتهما الثماني المنفصلة، ​​وهو تأثير محتمل للجينات متعددة الأشكال على تكوين الأنواع. [15] وبالمثل، يسمح الانتقاء المستقر للجين متعدد الأشكال بتغيير تردد الأليل. [16]

أظهرت الدراسات التي أجريت على الجينوميات التطورية الفطرية سمات متعددة تؤثر في نفس الوقت على التكيف والعزلة التكاثرية ، وتحويل التكيفات مباشرة إلى تكوين الأنواع . ومن الأمثلة الواضحة على هذا التأثير خصوصية المضيف في الفطريات الزقية المسببة للأمراض ، وعلى وجه التحديد في الفطريات المسؤولة عن جرب التفاح . تتكيف هذه الفطريات الطفيلية مع مضيف، ولا يمكنها التزاوج إلا داخل مضيف مشترك بعد الحصول على الموارد. [17] نظرًا لأن جين السم الواحد أو أليل الضراوة يمكن أن يمنح القدرة على استعمار المضيف، فإن التكيف والعزلة التكاثرية يتم تسهيلهما على الفور، وبالتالي، يتسبب تعدد الأنواع في تكوين الأنواع التكيفية. ستعمل الدراسات على الجينوميات التطورية الفطرية على توضيح المراحل الأولى من التباعد نتيجة لتدفق الجينات، وتوفر نظرة ثاقبة للتباعد التكيفي الناجم عن تعدد الأنواع في حقيقيات النوى الأخرى . [17]

تعدد الأشكال المتضادة

في بعض الأحيان، قد يكون الجين متعدد الخصائص ضارًا ومفيدًا للكائن الحي، وهو ما يشار إليه باسم تعدد الخصائص المضاد . قد يحدث هذا عندما تكون السمة مفيدة للكائن الحي في وقت مبكر من حياته، ولكن ليس في وقت متأخر من حياته. مثل هذه "المقايضات" ممكنة لأن الانتقاء الطبيعي يؤثر على السمات التي يتم التعبير عنها في وقت مبكر من الحياة، عندما تكون معظم الكائنات الحية أكثر خصوبة، أكثر من السمات التي يتم التعبير عنها في وقت لاحق من الحياة. [18]

هذه الفكرة هي جوهر فرضية تعدد الأشكال المتعاكسة ، والتي طورها لأول مرة جي  سي ويليامز في عام 1957. اقترح ويليامز أن بعض الجينات المسؤولة عن زيادة اللياقة البدنية في الكائن الحي الأصغر سنًا والخصيب تساهم في انخفاض اللياقة البدنية في وقت لاحق من الحياة، مما قد يعطي تفسيرًا تطوريًا للشيخوخة . ومن الأمثلة على ذلك جين p53 ، الذي يقمع السرطان ولكنه يقمع أيضًا الخلايا الجذعية ، التي تعمل على تجديد الأنسجة البالية. [13]

لسوء الحظ، قد تؤدي عملية التعدد الجيني المعاكس إلى تغيير المسار التطوري مع تأخير التكيف ، بالإضافة إلى خفض الفائدة الإجمالية لأي أليلات بنحو النصف تقريبًا. ومع ذلك، فإن التعدد الجيني المعاكس يمنح أيضًا "قوة بقاء" تطورية أكبر للجينات التي تتحكم في السمات المفيدة، حيث أن الكائن الحي الذي يحمل طفرة في تلك الجينات سيكون لديه فرصة أقل للتكاثر بنجاح، حيث ستتأثر سمات متعددة، وربما يكون ذلك أسوأ. [19]

فقر الدم المنجلي هو مثال كلاسيكي للفائدة المختلطة التي توفرها قوة بقاء الجينات متعددة الأشكال، حيث توفر الطفرة إلى Hb-S فائدة اللياقة البدنية لمقاومة الملاريا للمتغايرين كصفة لمرض فقر الدم المنجلي ، في حين أن المتماثلين الزيجوت لديهم انخفاض كبير في متوسط ​​العمر المتوقع - ما يُعرف باسم " ميزة المتغايرين الزيجوت ". نظرًا لأن كلتا الحالتين مرتبطتان بنفس الجين المتحور، فإن أعدادًا كبيرة من السكان اليوم معرضة للإصابة بمرض فقر الدم المنجلي على الرغم من كونه اضطرابًا وراثيًا يعوق اللياقة البدنية. [20]

أمثلة

طاووس مصاب بالمهق

المهق

المهق هو طفرة في جين TYR ، والذي يُطلق عليه أيضًا اسم التيروزيناز. تتسبب هذه الطفرة في الشكل الأكثر شيوعًا للمهق. تغير الطفرة إنتاج الميلانين ، وبالتالي تؤثر على السمات المرتبطة بالميلانين وغيرها من السمات المعتمدة في جميع أنحاء الكائن الحي. الميلانين هو مادة يصنعها الجسم تُستخدم لامتصاص الضوء وتوفر التلوين للجلد. مؤشرات المهق هي غياب اللون في عيون الكائن الحي وشعره وجلده، بسبب نقص الميلانين. ومن المعروف أيضًا أن بعض أشكال المهق لها أعراض تظهر من خلال حركة العين السريعة وحساسية الضوء والحول . [ 21]

التوحد والفصام

وقد ارتبطت تعدد الأشكال الجينية ببعض الاضطرابات النفسية أيضًا. فقد ارتبط الحذف في منطقة 22q11.2 من الكروموسوم 22 بالفصام والتوحد . [22] يرتبط الفصام والتوحد بنفس الحذف الجيني لكنهما يتجلىان بشكل مختلف تمامًا عن بعضهما البعض. ويعتمد النمط الظاهري الناتج على مرحلة الحياة التي يصاب فيها الفرد بالاضطراب. وعادةً ما يرتبط ظهور الحذف الجيني في مرحلة الطفولة بالتوحد، في حين يتجلى التعبير عن الحذف الجيني في مرحلة المراهقة وما بعدها غالبًا في الفصام أو الاضطرابات الذهانية الأخرى. [ 23] وعلى الرغم من ارتباط الاضطرابات بالوراثة، إلا أنه لا يوجد خطر متزايد للإصابة بالفصام لدى البالغين لدى المرضى الذين عانوا من التوحد في مرحلة الطفولة. [24]

كما ربطت دراسة أجريت عام 2013 وراثيًا خمسة اضطرابات نفسية، بما في ذلك الفصام والتوحد. كان الارتباط عبارة عن تعدد أشكال نوكليوتيد واحد لجينين يشاركان في إشارات قنوات الكالسيوم مع الخلايا العصبية . وقد وجد أن أحد هذه الجينات، CACNA1C ، يؤثر على الإدراك . وقد ارتبط بالتوحد، كما ارتبط في الدراسات بالفصام والاضطراب ثنائي القطب . [25] تُظهر هذه الدراسات على وجه الخصوص تكتل هذه الأمراض داخل المرضى أنفسهم أو داخل عائلاتهم. [26] تقدر قابلية الوراثة للفصام بنسبة 70٪ إلى 90٪، [27] وبالتالي فإن تعدد الجينات أمر بالغ الأهمية لأنه يتسبب في زيادة خطر الإصابة ببعض الاضطرابات الذهانية ويمكن أن يساعد في التشخيص النفسي.

بيلة الفينيل كيتون (PKU)

يتم جمع دم طفل يبلغ من العمر أسبوعين لإجراء فحص PKU.

من الأمثلة الشائعة على تعدد الأشكال الجينية مرض فينيل كيتونوريا (PKU) الذي يصيب البشر. يسبب هذا المرض إعاقة ذهنية ونقص تصبغ الشعر والجلد ، ويمكن أن يحدث بسبب أي من الطفرات العديدة في الجين الوحيد على الكروموسوم 12 الذي يشفر إنزيم فينيل ألانين هيدروكسيلاز ، والذي يحول حمض فينيل ألانين الأميني إلى تيروزين . اعتمادًا على الطفرة المعنية، ينخفض ​​هذا التحويل أو يتوقف تمامًا. يتراكم فينيل ألانين غير المحول في مجرى الدم ويمكن أن يؤدي إلى مستويات سامة للجهاز العصبي النامي للأطفال حديثي الولادة والرضع. الشكل الأكثر خطورة من هذا يسمى PKU الكلاسيكي، وهو شائع عند الرضع. يبدو الطفل طبيعيًا في البداية ولكنه في الواقع يعاني من إعاقة ذهنية دائمة. يمكن أن يسبب هذا أعراضًا مثل التخلف العقلي، والمشي غير الطبيعي ووضعية الجسم، وتأخر النمو. نظرًا لأن الجسم يستخدم التيروزين لصنع الميلانين (أحد مكونات الصبغة الموجودة في الشعر والجلد)، فإن الفشل في تحويل المستويات الطبيعية من الفينيل ألانين إلى التيروزين يمكن أن يؤدي إلى شعر وبشرة فاتحة اللون. [2] يختلف تواتر هذا المرض بشكل كبير. على وجه التحديد، في الولايات المتحدة، يوجد PKU بمعدل 1 تقريبًا من كل 10000 ولادة. وبفضل فحص حديثي الولادة، يتمكن الأطباء من اكتشاف PKU في الطفل في وقت أقرب. وهذا يسمح لهم ببدء العلاج مبكرًا، ومنع الطفل من المعاناة من التأثيرات الشديدة لـ PKU. يحدث PKU بسبب طفرة في جين PAH، الذي يتمثل دوره في توجيه الجسم حول كيفية صنع هيدروكسيلاز الفينيل ألانين. هيدروكسيلاز الفينيل ألانين هو ما يحول الفينيل ألانين، الذي يتم تناوله من خلال النظام الغذائي، إلى أشياء أخرى يمكن للجسم استخدامها. غالبًا ما تقلل الطفرة من فعالية أو معدل تكسير الهيدروكسيلاز للفينيل ألانين. وهذا ما يسبب تراكم الفينيل ألانين في الجسم. [28]

فقر الدم المنجلي

صورة مجهرية لخلايا الدم الحمراء ذات الشكل الطبيعي والشكل المنجلي من مريض مصاب بمرض الخلايا المنجلية

فقر الدم المنجلي هو مرض وراثي يسبب تشوه خلايا الدم الحمراء ذات الشكل الهلالي الصلب بدلاً من الشكل الدائري المرن الطبيعي. [29] يحدث بسبب تغيير في أحد النوكليوتيدات، وهو طفرة نقطية [30] في جين HBB . يشفر جين HBB المعلومات اللازمة لصنع وحدة بيتا غلوبين من الهيموجلوبين ، وهو البروتين الذي تستخدمه خلايا الدم الحمراء لحمل الأكسجين في جميع أنحاء الجسم. يحدث فقر الدم المنجلي عندما تتسبب طفرة جين HBB في تغيير وحدتي بيتا غلوبين من الهيموجلوبين إلى الهيموجلوبين  S (HbS). [31]

فقر الدم المنجلي هو مرض متعدد الأشكال لأن التعبير عن جين HBB متحور واحد ينتج عنه عواقب عديدة في جميع أنحاء الجسم. يشكل الهيموجلوبين المتحور بوليمرات ويتكتل معًا مما يتسبب في أن تتخذ خلايا الدم الحمراء المنجلية غير المؤكسجة شكل المنجل المشوه. [32] ونتيجة لذلك، تصبح الخلايا غير مرنة ولا يمكنها التدفق بسهولة عبر الأوعية الدموية، مما يزيد من خطر تجلط الدم وربما حرمان الأعضاء الحيوية من الأكسجين. [31] تشمل بعض المضاعفات المرتبطة بفقر الدم المنجلي الألم وتلف الأعضاء والسكتات الدماغية وارتفاع ضغط الدم وفقدان البصر. كما أن عمر خلايا الدم الحمراء المنجلية أقصر وتموت قبل الأوان. [33]

متلازمة مارفان

مريض مصاب بمتلازمة مارفان

متلازمة مارفان (MFS) هي اضطراب جسمي سائد يصيب 1 من كل 5-10000 شخص. [34] تنشأ متلازمة مارفان من طفرة في جين FBN1 ، الذي يشفر جليكوبروتين فيبريلين-1، وهو مكون رئيسي للألياف الدقيقة خارج الخلية التي تشكل الأنسجة الضامة . [34] تم العثور على أكثر من 1000 طفرة مختلفة في FBN1 تؤدي إلى وظيفة غير طبيعية للفيبريلين، والتي ترتبط بالتالي باستطالة الأنسجة الضامة تدريجيًا وإضعافها. نظرًا لوجود هذه الألياف في الأنسجة في جميع أنحاء الجسم، فإن الطفرات في هذا الجين يمكن أن يكون لها تأثير واسع النطاق على أنظمة معينة، بما في ذلك الجهاز الهيكلي والقلب والأوعية الدموية والجهاز العصبي ، وكذلك العينين والرئتين. [34]

بدون تدخل طبي، يمكن أن يتراوح تشخيص متلازمة مارفان من معتدل إلى مهدد للحياة، حيث أن 90٪ من أسباب الوفاة المعروفة لدى المرضى الذين تم تشخيصهم تتعلق بمضاعفات القلب والأوعية الدموية وفشل القلب الاحتقاني . تشمل الخصائص الأخرى لمتلازمة مارفان زيادة مدى الذراع وانخفاض نسبة الجزء العلوي إلى الجزء السفلي من الجسم. [34]

أليل "العضلات الصغيرة"

تسبب جينة تم اكتشافها مؤخرًا في فئران المختبرات المنزلية ، والتي يطلق عليها "العضلات الصغيرة"، عند تحورها، انخفاضًا بنسبة 50٪ في كتلة عضلات الأطراف الخلفية كتأثير أساسي لها (التأثير الظاهري الذي تم تحديده من خلاله في الأصل). [9] بالإضافة إلى كتلة عضلات الأطراف الخلفية الأصغر، تظهر الفئران الطافرة معدلات ضربات قلب أقل أثناء النشاط البدني، وقدرة أعلى على التحمل. كما تظهر فئران العضلات الصغيرة كلى وكبد أكبر. تؤثر كل هذه الانحرافات المورفولوجية على سلوك واستقلاب الفأر . على سبيل المثال، لوحظ أن الفئران التي تحمل طفرة العضلات الصغيرة لديها قدرة هوائية أعلى لكل جرام. [35] يُظهر أليل العضلات الصغيرة سلوكًا مندليًا متنحيًا . [10] الطفرة هي تعدد أشكال النوكليوتيد المفرد ( SNP ) في إنترون جين البولي ببتيد الثقيل 4 للميوسين  . [36]

بروتينات إصلاح الحمض النووي

تستخدم مسارات إصلاح الحمض النووي التي تعمل على إصلاح الضرر الذي يلحق بالحمض النووي الخلوي العديد من البروتينات المختلفة. وغالبًا ما يكون لهذه البروتينات وظائف أخرى بالإضافة إلى إصلاح الحمض النووي. [37] وفي البشر، يمكن أن تتسبب العيوب في بعض هذه البروتينات متعددة الوظائف في ظهور أنماط ظاهرية سريرية مختلفة على نطاق واسع. [37] على سبيل المثال، فإن الطفرات في جين XPB الذي يشفر أكبر وحدة فرعية من عامل النسخ الأساسي II H لها العديد من التأثيرات متعددة الأشكال. ومن المعروف أن طفرات XPB تعاني من نقص في إصلاح استئصال النوكليوتيدات للحمض النووي وفي عملية نسخ الجينات المنفصلة تمامًا . [37] وفي البشر، يمكن أن تؤدي طفرات XPB إلى ظهور اضطراب جفاف الجلد المصطبغ المعرض للسرطان أو اضطراب النظم المتعددة غير المعرض للسرطان trichothiodystrophy . ومن الأمثلة الأخرى في البشر جين ERCC6 ، الذي يشفر بروتينًا يتوسط إصلاح الحمض النووي والنسخ والعمليات الخلوية الأخرى في جميع أنحاء الجسم. [38] ترتبط الطفرات في ERCC6 باضطرابات العين ( ضمور الشبكية )، والقلب ( اضطرابات نظم القلب )، والجهاز المناعي ( نقص المناعة في الخلايا الليمفاوية ). [39]

دجاج

دجاجة تظهر صفة الريش المجعد

تظهر الدجاجات سمات مختلفة متأثرة بالجينات متعددة الأشكال. تظهر بعض الدجاجات سمة الريش المجعد ، حيث تتجعد ريشها بالكامل للخارج وللأعلى بدلاً من الاستلقاء بشكل مسطح على الجسم. وجد أن الريش المجعد ينبع من حذف في المنطقة الجينومية المشفرة لـ α-Keratin. يبدو أن هذا الجين يؤدي بشكل متعدد الأشكال إلى تشوهات أخرى مثل زيادة التمثيل الغذائي ، وزيادة استهلاك الطعام، وتسارع معدل ضربات القلب، وتأخر النضج الجنسي. [40]

لقد خضعت الدجاجات المستأنسة لعملية اختيار سريعة أدت إلى ظهور أنماط ظاهرية غير ذات صلة ذات ارتباطات عالية، مما يشير إلى تأثيرات متعددة الأشكال، أو على الأقل ارتباط وثيق، بين كتلة المشط والهياكل الفسيولوجية المتعلقة بالقدرات الإنجابية . يتمتع كل من الذكور والإناث ذوي المشط الأكبر بكثافة وقوة عظمية أعلى، مما يسمح للإناث بإيداع المزيد من الكالسيوم في قشور البيض. ويتضح هذا الارتباط أيضًا من حقيقة أن اثنين من الجينات، HAO1 وBMP2، التي تؤثر على العظام النخاعية (الجزء من العظام الذي ينقل الكالسيوم إلى قشور البيض النامية) تقع في نفس مكان الجين الذي يؤثر على كتلة المشط. كما يُظهر HAO1 وBMP2 تأثيرات متعددة الأشكال مع السلوك المرغوب فيه بشكل شائع للدجاج المستأنس؛ فالدجاج الذي يعبر عن مستويات أعلى من هذين الجينين في أنسجة العظام ينتج المزيد من البيض ويظهر سلوكًا أقل في حضانة البيض . [41]

انظر أيضا

مراجع

  1. ^ ab Paaby, Annalise B.; Rockman, Matthew V. (2016-11-15). "The many faces of pleiotropy". Trends in Genetics . 29 (2): 66–73. doi :10.1016/j.tig.2012.10.010. PMC 3558540.  PMID 23140989  .
  2. ^ ab "Phenylketonuria". الجينات والأمراض . المركز الوطني لمعلومات التكنولوجيا الحيوية. 1998.
  3. ^ abcdefg ستيرنز، فرانك دبليو. (2016-11-15). "مائة عام من التعدد الجيني: نظرة إلى الوراء". علم الوراثة . 186 (3): 767-773. doi :10.1534/genetics.110.122549. PMC 2975297. PMID  21062962 . 
  4. ^ McKusick, VA (1976-05-01). "Letter: Pleiotropism". American Journal of Human Genetics . 28 (3): 301–302. PMC 1685011. PMID  1266859 . 
  5. ^ جرونبرج، هـ.، 1938 تحليل للتأثيرات "المتعددة" لطفرة قاتلة جديدة في الفئران (Mus norvegicus). Proc. R. Soc. Lond. B 125: 123–144.
  6. ^ Beadle, GW; Tatum, EL (15 November 1941). "Genetic Control of Biochemical Reactions in Neurospora". Proceedings of the National Academy of Sciences . 27 (11): 499–506. Bibcode :1941PNAS...27..499B. doi : 10.1073 /pnas.27.11.499 . PMC 1078370. PMID  16588492. 
  7. ^ إدواردز، إيه دبليو (2016-11-15). "النظرية الوراثية للانتقاء الطبيعي". علم الوراثة . 154 (4): 1419-1426. doi :10.1093/genetics/154.4.1419. PMC 1461012. PMID  10747041 . 
  8. ^ ويليامز، جي سي (1957). "تعدد الأشكال، والانتقاء الطبيعي، وتطور الشيخوخة". التطور . 11 (4): 398-411. doi :10.2307/2406060. JSTOR  2406060.
  9. ^ ab Pavlicev, Mihaela; Cheverud, James (2015). "Constraints Evolve: Context Dependency of Gene Effects Allows Evolution of Pleiotropy". Annual Review of Ecology, Evolution, and Systematics . 46 : 413–434. doi : 10.1146/annurev-ecolsys-120213-091721 . S2CID  85813898.
  10. ^ ab Wang, Zhi; Liao, Ben-Yang; Zhang, Jianzhi (2010-10-19). "الأنماط الجينومية للتعدد الجيني وتطور التعقيد". وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم . 107 (42): 18034–18039. doi : 10.1073/pnas.1004666107 . PMC 2964231. PMID  20876104 . 
  11. ^ بال ، كسبا. باب، بالاز؛ هيرست ، لورانس د (1 يونيو 2001). “الجينات عالية التعبير في الخميرة تتطور ببطء”. علم الوراثة . 158 (2): 927-931. دوى :10.1093/علم الوراثة/158.2.927. بمك 1461684 . بميد  11430355. 
  12. ^ كامبس، مانيل؛ هيرمان، أسيل؛ لوه، إرن؛ لوب، لورانس أ. (يناير 2007). "القيود الجينية على تطور البروتين". المراجعات النقدية في الكيمياء الحيوية وعلم الأحياء الجزيئي . 42 (5): 313-326. doi :10.1080/10409230701597642. PMC 3825456. PMID  17917869 . 
  13. ^ ab Singh, Nadia D.; Shaw, Kerry L. (3 January 2012). "On the smell of pleiotropy". Proceedings of the National Academy of Sciences . 109 (1): 5–6. Bibcode :2012PNAS..109....5S. doi : 10.1073 /pnas.1118531109 . PMC 3252949. PMID  22198765. 
  14. ^ Berger, David; Berg, Elena C.; Widegren, William; Arnqvist, Göran; Maklakov, Alexei A. (ديسمبر 2014). "الصراع الجنسي متعدد المتغيرات داخل الموضع في خنافس البذور". التطور . 68 (12): 3457–3469. doi :10.1111/evo.12528. PMID  25213393. S2CID  12606026.
  15. ^ كيركباتريك، مارك؛ رافيني، فيرجيني (مارس 2002). "التطور النوعي عن طريق الانتقاء الطبيعي والجنسي: النماذج والتجارب". عالم الطبيعة الأمريكي . 159 (S3): S22–S35. doi :10.1086/338370. PMID  18707367. S2CID  16516804.
  16. ^ Pavličev, Mihaela; Cheverud, James M. (4 December 2015). "Constraints Evolve: Context Dependency of Gene Effects Allows Evolution of Pleiotropy". Annual Review of Ecology, Evolution, and Systematics . 46 (1): 413–434. doi : 10.1146/annurev-ecolsys-120213-091721 . S2CID  85813898.
  17. ^ ab Gladieux, Pierre; Ropars, Jeanne; Badouin, Hélène; Branca, Antoine; Aguileta, Gabriela; Vienne, Damien M.; Rodríguez de la Vega, Ricardo C.; Branco, Sara; Giraud, Tatiana (فبراير 2014). "تقدم الجينوميات التطورية الفطرية نظرة ثاقبة لآليات التباعد التكيفي في حقيقيات النوى". علم البيئة الجزيئي . 23 (4): 753-773. رمز Bibcode : 2014MolEc..23..753G. doi : 10.1111/mec.12631 . hdl : 10230/58707 . PMID  24341913. S2CID  120555.
  18. ^ Lemaître, Jean-François; Berger, Vérane; Bonenfant, Christophe; Douhard, Mathieu; Gamelon, Marlène; Plard, Floriane; Gaillard, Jean-Michel (2015-05-07). "المقايضات بين المراحل المبكرة والمتأخرة من الحياة وتطور الشيخوخة في البرية". Proc. R. Soc. B. 282 ( 1806): 20150209. doi :10.1098/rspb.2015.0209. PMC 4426628 . PMID  25833848. 
  19. ^ Society, The Royal (2004-04-07). "Two steps forward, one step back: the pleiotropic effects of favourites alleles". Proceedings of the Royal Society of London B: Biological Sciences . 271 (1540): 705–714. doi :10.1098/rspb.2003.2635. PMC 1691650. PMID  15209104 . 
  20. ^ كارتر، آشلي جونيور؛ نجوين، أندرو كيو. (2011-01-01). "تعدد الأشكال المضاد كآلية واسعة الانتشار للحفاظ على أليلات الأمراض متعددة الأشكال". علم الوراثة الطبية BMC . 12 : 160. doi : 10.1186/1471-2350-12-160 . PMC 3254080. PMID  22151998 . 
  21. ^ موسوعة ميدلاين بلس : المهق
  22. ^ فورستمان، جاكوب إيه إس؛ بريتفيلت، إليمي جيه؛ ثود، كريستين آي؛ تشاو، إيفا دبليو سي؛ باسيت، آن إس. (يناير 2013). "التعبير عن طيف التوحد والفصام لدى المرضى الذين يعانون من حذف 22q11.2". أبحاث الفصام . 143 (1): 55-59. doi :10.1016/j.schres.2012.10.010. PMID  23153825. S2CID  20964079.
  23. ^ "حذف نفس الحمض النووي يمهد الطريق للإصابة بالتوحد والفصام | Spectrum". Spectrum . 2016-10-18 . تم الاسترجاع في 2016-11-13 .
  24. ^ فورستمان، جاكوب إيه إس؛ بريتفيلت، إليمي جيه؛ ثود، كريستين آي؛ تشاو، إيفا دبليو سي؛ باسيت، آن إس. (يناير 2013). "التعبير عن طيف التوحد والفصام لدى المرضى الذين يعانون من حذف 22q11.2". أبحاث الفصام . 143 (1): 55-59. doi :10.1016/j.schres.2012.10.010. PMID  23153825. S2CID  20964079.
  25. ^ Roussos, Panos; McClure, Margaret M.; Hazlett, Erin A.; New, Antonia S.; Siever, Larry J.; Bitsios, Panos; Giakoumaki, Stella G. (2013-03-30). "CACNA1C كعامل خطر لاضطراب الشخصية الفصامية والاضطراب الفصامي لدى الأفراد الأصحاء". Psychiatry Research . 206 (1): 122–123. doi :10.1016/j.psychres.2012.08.039. PMC 4176879. PMID  22985546 . 
  26. ^ "تعدد أشكال الاضطرابات النفسية سيعيد اختراع الدليل التشخيصي والإحصائي للأمراض النفسية". www.mdedge.com . تم الاسترجاع في 13 نوفمبر 2016 .
  27. ^ سوليفان، باتريك ف.؛ كيندلر، كينيث س.؛ نيل، مايكل س. (2003-12-01). "الفصام كسمة معقدة: أدلة من تحليل تلوي لدراسات التوائم". أرشيف الطب النفسي العام . 60 (12): 1187-1192. doi :10.1001/archpsyc.60.12.1187. PMID  14662550.
  28. ^ "Phenylketonuria". MedlinePlus، المكتبة الوطنية الأمريكية للطب. 25 أبريل 2023. تم الاسترجاع في 17 أغسطس 2023 .
  29. ^ "ما هو مرض فقر الدم المنجلي؟". NHLBI . تم الاسترجاع في 2024-08-05 .
  30. ^ "الطفرات والأمراض". The Tech Interactive . مؤرشف من الأصل في 2012-05-11.
  31. ^ ab "مرض فقر الدم المنجلي". MedlinePlus . تم الاسترجاع في 2024-08-05 .
  32. ^ بريدجز، كينيث ر. "كيف يسبب فقر الدم المنجلي المرض؟". مستشفى بريغهام والنساء . تم الاسترجاع في 2024-08-05 .
  33. ^ "مضاعفات مرض فقر الدم المنجلي". مركز السيطرة على الأمراض والوقاية منها. تم استرجاعه في 2024-08-05 .
  34. ^ abcd "متلازمة مارفان". المنظمة الوطنية للاضطرابات النادرة . 2017. تم الاسترجاع في 5 نوفمبر 2016 .
  35. ^ جارلاند، ثيودور؛ مورجان، مارتن ت؛ سولو، جون ج؛ رودس، جوستين س؛ جيرارد، إيزابيل؛ بيلتر، جيسون ج؛ كارتر، باتريك أ. (يونيو 2002). "تطور تعدد أشكال العضلات الصغيرة في سلالات الفئران المنزلية المختارة لمستويات نشاط عالية". التطور . 56 (6): 1267-1275. doi : 10.1111/j.0014-3820.2002.tb01437.x . PMID  12144025. S2CID  14217517.
  36. ^ كيلي، سكوت أ.؛ بيل، تيموثي أ.؛ سيليتسكي، سارة ر.؛ بوس، ريان ج.؛ هوا، كونجي؛ وينستوك، جورج م.؛ جارلاند، ثيودور؛ باردو مانويل دي فيلينا، فرناندو؛ بومب، دانيال (2013-12-01). "تعدد أشكال النوكليوتيد المفرد الجديد داخل الجين البولي ببتيد 4 الثقيل للميوسين مسؤول عن النمط الظاهري للعضلات الصغيرة الذي يتميز بانخفاض كبير في كتلة عضلات الأطراف الخلفية لدى الفئران". علم الوراثة . 195 (4): 1385-1395. doi :10.1534/genetics.113.154476. PMC 3832280. PMID  24056412 . 
  37. ^ abc Lehmann, AR (فبراير 1998). "الوظائف المزدوجة لجينات إصلاح الحمض النووي: التبعات الجزيئية والخلوية والسريرية". BioEssays . 20 (2): 146–55. doi :10.1002/(SICI)1521-1878(199802)20:2<146::AID-BIES7>3.0.CO;2-R. PMID  9631660. S2CID  25183408.
  38. ^ "جين ERCC6: MedlinePlus Genetics". medlineplus.gov . تم الاسترجاع في 2021-06-02 .
  39. ^ Forrest, Iain S.; Chaudhary, Kumardeep; Vy, Ha My T.; Bafna, Shantanu; Kim, Soyeon; Won, Hong-Hee; Loos, Ruth JF; Cho, Judy; Pasquale, Louis R.; Nadkarni, Girish N.; Rocheleau, Ghislain; Do, Ron (أغسطس 2021). "التعدد الجيني لفقدان وظيفة ERCC6 والمتغيرات الضارة ذات المعنى الخاطئ تربط بين ضمور الشبكية وعدم انتظام ضربات القلب ونقص المناعة في أصول متنوعة". الطفرة البشرية . 42 (8): 969-977. doi :10.1002/humu.24220. PMC 8295228. PMID  34005834 . 
  40. ^ Ng, Chen Siang; Wu, Ping; Foley, John; Foley, Anne; McDonald, Merry-Lynn; Juan, Wen-Tau; Huang, Chih-Jen; Lai, Yu-Ting; Lo, Wen-Sui (2012-07-19). "ريش الدجاج المجعد يرجع إلى طفرة ألفا كيراتين (KRT75) التي تسبب عيبًا في العمود الفقري". PLOS Genetics . 8 (7): e1002748. doi : 10.1371/journal.pgen.1002748 . PMC 3400578. PMID  22829773 . 
  41. ^ جونسون، مارتن؛ جوستافسون، إيدا؛ روبن، كارل جوهان؛ سهلكفيست، آنا ستينا؛ جونسون، كينيث ب. كيرجي، سوزان؛ إكوال، أولوف؛ كامبي، أولي؛ أندرسون ، ليف (2012/08/30). “الزخرفة الجنسية في الدجاج تتأثر بالأليلات متعددة المظاهر في HAO1 وBMP2، والتي تم اختيارها أثناء التدجين”. علم الوراثة بلوس . 8 (8): e1002914. دوى : 10.1371/journal.pgen.1002914 . بمك 3431302 . بميد  22956912. 
  • يبلغ عمر التعدد اللوني 100 عام
تم الاسترجاع من "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=تعدد الأشكال&oldid=1238753692"
Original text
Rate this translation
Your feedback will be used to help improve Google Translate