النسخ الجيني

📅 آخر تحديث: ٢٧ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٧ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 2 صور
الموسوعة الحرة

النسخ الجيني هو مجموعة جميع جزيئات الحمض النووي الريبوزي (النسخ) في خلية أو مجموعة من الخلايا. ويشمل جميع جزيئات الحمض النووي الريبوزي الوظيفية، بالإضافة إلى جميع النسخ الأخرى التي قد تنشأ عن النسخ العشوائي أو نسخ مناطق غير وظيفية، مثل الجينات الكاذبة أو أجزاء الفيروسات. ومن أهم أهداف البيولوجيا الجزيئية الحديثة تحديد أي النسخ وظيفية وأيها غير وظيفية.

مصطلح "الترانسكريبتوم" هو مصطلح مُركّب من كلمتي "النسخ" و "الجينوم" ؛ ويرتبط بعملية إنتاج النسخ خلال عملية النسخ البيولوجية . الجزء الوظيفي من الترانسكريبتوم ديناميكي، إذ يتغير بتغير نوع الخلية، والمرحلة التطورية، والبيئة، والمؤثرات، وبالتالي فهو يُمثل حالة التعبير الجيني النشط بدلاً من تسلسل الحمض النووي الثابت ( الجينوم ).

تميل النسخ الجينية للكائنات حقيقية النواة إلى أن تكون أكثر تعقيدًا من النسخ الجينية للبكتيريا، وتكون النسخ الجينية للكائنات حقيقية النواة متعددة الخلايا أكثر تعقيدًا من تلك الخاصة بالكائنات حقيقية النواة وحيدة الخلية.

أصل الكلمة وتاريخها

كلمة "ترانسكريبتوم" هي كلمة مركبة من كلمتي "ترانسكريبت" و "جينوم" . وقد ظهرت إلى جانب مصطلحات جديدة أخرى مُشتقة من اللاحقتين "-وم" و "-وميكس" للدلالة على جميع الدراسات التي تُجرى على نطاق الجينوم في مجالات علوم الحياة والتكنولوجيا. وبذلك، كانت "ترانسكريبتوم" و"ترانسكريبتوميكس" من أوائل المصطلحات التي ظهرت إلى جانب "جينوم" و"بروتيوم". [ 1 ] نُشرت أول دراسة تُقدم حالة لمجموعة من مكتبة الحمض النووي التكميلي (cDNA) لـ mRNA لعثة الحرير في عام 1979. [ 2 ] نُشرت أول دراسة رائدة تُشير إلى "ترانسكريبتوم" كائن حي وتُحقق فيه في عام 1997، وقد وصفت 60,633 نسخة جينية مُعبر عنها في الخميرة ( S. cerevisiae) باستخدام التحليل التسلسلي للتعبير الجيني (SAGE). [ 3 ] مع ظهور تقنيات الإنتاجية العالية والمعلوماتية الحيوية ، وما تبعها من زيادة في القدرة الحاسوبية، أصبح من السهل والفعال بشكل متزايد توصيف وتحليل كميات هائلة من البيانات. [ 1 ] ازدادت محاولات توصيف النسخ الجيني أهميةً مع ظهور تقنيات التسلسل الآلي للحمض النووي خلال ثمانينيات القرن العشرين. [ 4 ] خلال تسعينيات القرن العشرين، استُخدم تسلسل علامات التسلسل المعبر عنها لتحديد الجينات وأجزائها. [ 5 ] تبع ذلك تقنيات مثل التحليل التسلسلي للتعبير الجيني (SAGE)، وتحليل غطاء التعبير الجيني (CAGE)، والتسلسل التوقيعي المتوازي الضخم (MPSS).

النسخ

يشمل الترانسكريبتوم جميع نسخ الحمض النووي الريبوزي (RNA) الموجودة في كائن حي أو عينة تجريبية معينة. [ 6 ] يتضمن المكون الوظيفي للترانسكريبتوم جزيئات RNA التي تحمل المعلومات الوراثية المسؤولة عن عملية تحويل الحمض النووي (DNA) إلى النمط الظاهري للكائن الحي. ينتج عن الجين جزيء RNA أحادي السلسلة من خلال عملية جزيئية تُعرف بالنسخ ؛ وهذا الـ RNA مكمل لسلسلة DNA التي نشأ منها. [ 4 ] يرتبط إنزيم بوليميراز RNA بسلسلة DNA القالب ويحفز إضافة النيوكليوتيدات الريبوزية إلى الطرف 3' من التسلسل المتنامي لنسخة RNA. [ 7 ]

لكي يبدأ إنزيم بوليميراز الحمض النووي الريبي (RNA polymerase) وظيفته، يحتاج إلى التعرف على تسلسل المحفز ، الموجود بالقرب من موقع بدء النسخ الذي يحدد بداية الجين. عادةً ما تتم هذه العملية بتنظيم وتنسيق عوامل النسخ. ينتهي النسخ عند موقع الإنهاء الذي يحدد الطرف الآخر للجين. غالبًا ما يتم تحديد موقع الإنهاء بواسطة تسلسلات الإنهاء.

أنواع نسخ الحمض النووي الريبوزي (RNA)

تُشتق جميع النسخ الوظيفية تقريبًا من جينات معروفة. والاستثناءات الوحيدة هي عدد قليل من النسخ التي قد تلعب دورًا مباشرًا في تنظيم التعبير الجيني بالقرب من محفزات الجينات المعروفة. (انظر: الحمض النووي الريبوزي المُعزز ).

تشغل الجينات معظم مساحة الجينوم في بدائيات النوى، لذا فإن معظم جينوماتها تُنسخ. أما في حقيقيات النوى، فالجينومات كبيرة جدًا، وقد لا تشغل الجينات المعروفة سوى جزء صغير منها. ففي الثدييات، على سبيل المثال، لا تمثل الجينات المعروفة سوى 40-50% من الجينوم. [ 8 ] ومع ذلك، غالبًا ما ترتبط النسخ المحددة بجزء أكبر بكثير من الجينوم، مما يشير إلى أن النسخ الجيني يحتوي على نسخ زائفة لا تنتمي إلى جينات. ومن المعروف أن بعض هذه النسخ غير وظيفية لأنها ترتبط بجينات كاذبة منسوخة أو عناصر متنقلة متدهورة وفيروسات. بينما يرتبط البعض الآخر بمناطق غير محددة من الجينوم قد تكون حمضًا نوويًا غير وظيفي .

يُعدّ النسخ غير الوظيفي شائعًا جدًا في حقيقيات النوى، لا سيما تلك التي تمتلك جينومات كبيرة قد تحتوي على كمية كبيرة من الحمض النووي غير الوظيفي. [ 9 ] [ 10 ] [ 11 ] [ 12 ] يزعم بعض العلماء أنه إذا لم يُنسب نسخٌ ما إلى جين معروف، فيجب افتراض أنه حمض نووي ريبوزي غير وظيفي حتى يُثبت أنه وظيفي. [ 9 ] [ 13 ] وهذا يعني أن جزءًا كبيرًا من النسخ الجيني في الأنواع ذات الجينومات الكبيرة هو على الأرجح حمض نووي ريبوزي غير وظيفي. (انظر: الحمض النووي الريبوزي غير المشفر )

يشمل النسخ الجيني نسخ الجينات المشفرة للبروتين (mRNA بالإضافة إلى الإنترونات ) بالإضافة إلى نسخ الجينات غير المشفرة (RNA الوظيفي بالإضافة إلى الإنترونات).

نطاق الدراسة

في الجينوم البشري، تُنسخ جميع الجينات إلى الحمض النووي الريبوزي (RNA) لأن هذا هو تعريف الجين الجزيئي. (انظر: الجين ). يتكون النسخ الجيني من مناطق ترميز الحمض النووي الريبوزي الرسول (mRNA) بالإضافة إلى مناطق غير مترجمة (UTRs) غير مشفرة، وإنترونات، وحمض نووي ريبوزي غير مشفر، ونسخ غير وظيفية زائفة.

تُصعّب عدة عوامل تحديد محتوى النسخ الجيني، ومنها التضفير البديل ، وتعديل الحمض النووي الريبوزي ، والنسخ البديل. [ 15 ] إضافةً إلى ذلك، تُتيح تقنيات النسخ الجيني رصد عملية النسخ التي تحدث في عينة ما عند نقطة زمنية محددة، على الرغم من إمكانية تغير محتوى النسخ الجيني أثناء التمايز. [ 4 ] تتمثل الأهداف الرئيسية لعلم النسخ الجيني فيما يلي: "فهرسة جميع أنواع النسخ، بما في ذلك الحمض النووي الريبوزي الرسول، والحمض النووي الريبوزي غير المشفر، والحمض النووي الريبوزي الصغير؛ وتحديد البنية النسخية للجينات، من حيث مواقع بدء النسخ، ونهايتي 5′ و3′، وأنماط التضفير، والتعديلات الأخرى اللاحقة للنسخ؛ وقياس مستويات التعبير المتغيرة لكل نسخة أثناء النمو وفي ظل ظروف مختلفة". [ 16 ]

يمكن تطبيق هذا المصطلح على مجمل النسخ الجينية في كائن حي معين ، أو على مجموعة فرعية محددة من النسخ الموجودة في نوع خلوي معين. وعلى عكس الجينوم ، الذي يكون ثابتًا تقريبًا لسلالة خلوية معينة (باستثناء الطفرات )، فإن النسخ الجيني قد يتغير بتغير الظروف البيئية الخارجية. ولأنه يشمل جميع نسخ mRNA في الخلية، فإن النسخ الجيني يعكس الجينات التي يتم التعبير عنها بنشاط في أي وقت، باستثناء ظواهر تحلل mRNA مثل تثبيط النسخ . يدرس علم النسخ الجيني (الذي يشمل تحليل التعبير الجيني ، وتحليل المتغيرات الناتجة عن التضفير، وما إلى ذلك) مستوى التعبير عن الحمض النووي الريبوزي (RNA) في مجموعة خلوية معينة، وغالبًا ما يركز على mRNA، ولكنه يشمل أحيانًا أنواعًا أخرى مثل tRNA وsRNA.

أساليب البناء

علم النسخ هو العلم الكمي الذي يشمل ربط قائمة من السلاسل ("القراءات") بالكائن ("النسخ" في الجينوم). لحساب قوة التعبير، يتم حساب كثافة القراءات المقابلة لكل كائن. [ 17 ] في البداية، تم تحليل ودراسة النسخ باستخدام مكتبات علامات التسلسل المعبر عنها وتحليل التعبير الجيني التسلسلي وتحليل غطاء الجين (SAGE).

تتضمن تقنيات علم النسخ الرئيسية حاليًا مصفوفات الحمض النووي الدقيقة وتسلسل الحمض النووي الريبوزي . تتطلب كلتا التقنيتين عزل الحمض النووي الريبوزي من خلال تقنيات استخلاص الحمض النووي الريبوزي ، يليه فصله عن المكونات الخلوية الأخرى وإثراء الحمض النووي الريبوزي الرسول. [ 18 ] [ 19 ]

توجد طريقتان عامتان لاستنتاج تسلسلات النسخ الجيني. تعتمد إحداهما على ربط قراءات التسلسل بجينوم مرجعي، إما للكائن الحي نفسه (الذي تُدرس نسخه الجينية) أو لنوع وثيق الصلة به. أما الطريقة الأخرى، وهي تجميع النسخ الجيني من الصفر ، فتستخدم برمجيات لاستنتاج النسخ مباشرةً من قراءات تسلسل قصيرة، وتُستخدم في الكائنات الحية التي لم تُجرَ لها عملية تسلسل جينوم. [ 20 ]

المصفوفات الدقيقة للحمض النووي

مصفوفة الحمض النووي المستخدمة للكشف عن التعبير الجيني في عينات بشرية ( يسار ) وفئران ( يمين )

استندت الدراسات الأولى للترانسكريبتوم إلى تقنيات المصفوفات الدقيقة (المعروفة أيضًا باسم رقائق الحمض النووي). تتكون المصفوفات الدقيقة من طبقات زجاجية رقيقة تحتوي على نقاط تُرتب عليها قليل النوكليوتيدات ، والمعروفة باسم "المجسات"؛ تحتوي كل نقطة على تسلسل حمض نووي معروف. [ 21 ]

عند إجراء تحليلات المصفوفات الدقيقة، يُجمع الحمض النووي الريبوزي الرسول (mRNA) من عينة ضابطة وعينة تجريبية، وعادةً ما تمثل الأخيرة مرضًا معينًا. يُحوّل الحمض النووي الريبوزي (RNA) المطلوب إلى حمض نووي تكميلي (cDNA) لزيادة استقراره، ويُوسم بفلوروفورات ثنائية اللون، عادةً الأخضر والأحمر، للمجموعتين. يُنشر الحمض النووي التكميلي (cDNA) على سطح المصفوفة الدقيقة حيث يتهجن مع قليل النوكليوتيدات الموجودة على الشريحة، ويُستخدم الليزر للمسح. تتناسب شدة الفلورة في كل نقطة من نقاط المصفوفة الدقيقة مع مستوى التعبير الجيني، وبناءً على لون الفلوروفورات المختارة، يمكن تحديد أي من العينات تُظهر مستويات أعلى من الحمض النووي الريبوزي الرسول (mRNA) المطلوب. [ 5 ]

تحتوي شريحة الميكروأري عادةً على كمية كافية من النيوكليوتيدات لتمثيل جميع الجينات المعروفة؛ ومع ذلك، فإن البيانات التي يتم الحصول عليها باستخدام شرائح الميكروأري لا توفر معلومات عن الجينات غير المعروفة. خلال العقد الثاني من الألفية الثانية، تم استبدال شرائح الميكروأري بشكل شبه كامل بتقنيات الجيل التالي القائمة على تسلسل الحمض النووي.

تسلسل الحمض النووي الريبوزي

يُعدّ تسلسل الحمض النووي الريبوزي (RNA) تقنيةً متطورةً في مجال التسلسل الجيني ؛ ولذلك، فهو لا يتطلب سوى كمية صغيرة من الحمض النووي الريبوزي (RNA) ولا يتطلب معرفةً مسبقةً بالجينوم. [ 1 ] ويتيح هذا التسلسل إجراء تحليل نوعي وكمي لنسخ الحمض النووي الريبوزي (RNA)، حيث يسمح التحليل النوعي باكتشاف نسخ جديدة، بينما يُتيح التحليل الكمي قياس الكميات النسبية للنسخ في العينة. [ 14 ]

تتضمن الخطوات الرئيسية الثلاث لتسلسل النسخ الجينية لأي عينة بيولوجية ما يلي: تنقية الحمض النووي الريبوزي (RNA)، وتخليق مكتبة RNA أو cDNA، وتسلسل هذه المكتبة. [ 14 ] تختلف عملية تنقية الحمض النووي الريبوزي (RNA) باختلاف طوله. [ 14 ] عادةً ما تتبع هذه الخطوة تقييم جودة الحمض النووي الريبوزي (RNA) بهدف تجنب الملوثات مثل الحمض النووي (DNA) أو الملوثات التقنية المتعلقة بمعالجة العينة. تُقاس جودة الحمض النووي الريبوزي (RNA) باستخدام مطيافية الأشعة فوق البنفسجية عند ذروة امتصاص تبلغ 260  نانومتر. [ 22 ] يمكن أيضًا تحليل سلامة الحمض النووي الريبوزي (RNA) كميًا من خلال مقارنة نسبة وشدة الحمض النووي الريبوزي 28S إلى الحمض النووي الريبوزي 18S ، والمُبلغ عنها في مؤشر سلامة الحمض النووي الريبوزي (RIN). [ 22 ] نظرًا لأن الحمض النووي الريبوزي الرسول (mRNA) هو النوع محل الاهتمام، ويمثل 3% فقط من إجمالي محتواه، يجب معالجة عينة الحمض النووي الريبوزي (RNA) لإزالة الحمض النووي الريبوزي الريبوسومي (rRNA) والحمض النووي الريبوزي الناقل (tRNA) ونسخ الحمض النووي الريبوزي (RNA) الخاصة بالأنسجة. [ 22 ]

تبدأ خطوة تحضير المكتبة بهدف إنتاج أجزاء قصيرة من الحمض النووي المكمل (cDNA) بتجزئة الحمض النووي الريبوزي (RNA) إلى نسخ يتراوح طولها بين 50 و300 زوج قاعدي . يمكن أن تكون التجزئة إنزيمية ( باستخدام إنزيمات نوكلياز الحمض النووي الريبوزي الداخلية)، أو كيميائية (باستخدام محلول ملح ثلاثي المغنيسيوم، أو التحلل المائي الكيميائي )، أو ميكانيكية ( باستخدام الموجات فوق الصوتية ، أو التذرية). [ 23 ] تُستخدم عملية النسخ العكسي لتحويل قوالب الحمض النووي الريبوزي إلى الحمض النووي المكمل، ويمكن استخدام ثلاث طرق تحضير لتحقيق ذلك، بما في ذلك طريقة oligo-DT، أو استخدام بادئات عشوائية، أو ربط بادئات محولة خاصة.

علم النسخ أحادي الخلية

يمكن أيضًا دراسة عملية النسخ على مستوى الخلايا الفردية باستخدام تقنية النسخ الخلوي الفردي . يُعد تسلسل الحمض النووي الريبوزي أحادي الخلية (scRNA-seq) تقنية حديثة تسمح بتحليل النسخ الخلوي للخلايا المفردة، بما في ذلك البكتيريا . [ 24 ] وباستخدام تقنية النسخ الخلوي الفردي، تُؤخذ في الاعتبار أيضًا المجموعات الفرعية لأنواع الخلايا التي تُشكل النسيج محل الدراسة. [ 25 ] يُتيح هذا النهج تحديد ما إذا كانت التغيرات في العينات التجريبية ناتجة عن تغيرات في النمط الظاهري للخلايا، أم عن التكاثر، حيث قد يُفرط في التعبير عن نوع خلوي مُحدد في العينة. [ 26 ] بالإضافة إلى ذلك، عند تقييم تطور الخلايا من خلال التمايز ، فإن متوسطات التعبير الجيني تُرتّب الخلايا حسب الزمن فقط، وليس حسب مرحلة تطورها، وبالتالي لا تُظهر اتجاهات في مستويات التعبير الجيني الخاصة بمراحل مُعينة. [ 27 ] تم استخدام تقنيات النسخ الخلوية المفردة لتوصيف مجموعات الخلايا النادرة مثل الخلايا السرطانية المنتشرة ، والخلايا الجذعية السرطانية في الأورام الصلبة، والخلايا الجذعية الجنينية في الكيسة الأريمية للثدييات . [ 28 ]

على الرغم من عدم وجود تقنيات موحدة لتحليل النسخ الجيني للخلايا المفردة، إلا أنه يلزم اتباع عدة خطوات. تتضمن الخطوة الأولى عزل الخلايا، والذي يمكن إجراؤه باستخدام تقنيات الإنتاجية المنخفضة والعالية. يلي ذلك خطوة تفاعل البوليميراز المتسلسل الكمي (qPCR)، ثم تسلسل الحمض النووي الريبوزي (RNAseq) للخلايا المفردة، حيث يتم تحويل الحمض النووي الريبوزي (RNA) المطلوب إلى حمض نووي تكميلي (cDNA). تسمح التطورات الحديثة في تحليل النسخ الجيني للخلايا المفردة بالحفاظ على موقع الأنسجة والمكونات الخلوية الفرعية من خلال تقطيع شرائح رقيقة من الأنسجة بالتجميد وتسلسل النسخ الجيني في كل شريحة. كما تتيح تقنية أخرى تصوير النسخ الجينية المفردة تحت المجهر مع الحفاظ على المعلومات المكانية لكل خلية على حدة حيث يتم التعبير عنها. [ 28 ]

تحليل

تم إنشاء عدد من قواعد بيانات النسخ الجيني الخاصة بالكائنات الحية وشرحها للمساعدة في تحديد الجينات التي يتم التعبير عنها بشكل مختلف في مجموعات الخلايا المتميزة.

برزت تقنية تسلسل الحمض النووي الريبوزي (RNA-seq ) (2013) كطريقة مفضلة لقياس النسخ الجيني للكائنات الحية، على الرغم من استمرار استخدام تقنية المصفوفات الدقيقة للحمض النووي (DNA microarrays) الأقدم. [ 16 ] تقيس تقنية RNA-seq نسخ جين معين عن طريق تحويل جزيئات الحمض النووي الريبوزي الطويلة إلى مكتبة من شظايا الحمض النووي المكمل (cDNA) . ثم تُسلسل شظايا الحمض النووي المكمل باستخدام تقنية التسلسل عالي الإنتاجية، وتُحاذى مع جينوم مرجعي أو نسخة جينية مرجعية، والتي تُستخدم بدورها لإنشاء ملف تعريف التعبير الجيني. [ 16 ]

التطبيقات

البشر

يختلف عدد تسلسلات الحمض النووي الريبوزي (RNA) المشفرة للبروتين التي يُعبر عنها كل عضو اختلافًا كبيرًا بين الأعضاء، ولكنه يعتمد أيضًا على التعريفات والمنهجية المستخدمة. وبشكل عام، يُظهر الدماغ والخصيتان والجهاز اللمفاوي أعلى نشاط، بينما تُظهر بطانة الرحم والمرارة والحويصلة المنوية والعضلات الملساء أدنى نشاط. [ 29 ]

تُعدّ النسخ الجينية للخلايا الجذعية والخلايا السرطانية ذات أهمية خاصة للباحثين الساعين إلى فهم عمليات التمايز الخلوي والتسرطن . ويجري دراسة تحليل النسخ الجيني كأداة لعلاج السرطان، من خلال مطابقة السمات الجينية مع العلاجات الموصى بها. [ 30 ] [ 31 ] وهذا يُظهر فعالية علم النسخ الجيني كأداة قوية لتطوير علاجات شخصية للسرطان. ويمكن استخدام منهجية تعتمد على بيانات تسلسل الحمض النووي الريبوزي (RNA-seq) أو بيانات المصفوفات الجينية لتتبع التغيرات الجينية التي تحدث في الخلايا الجذعية والخلايا السلفية ، ويتطلب ذلك ثلاث بيانات مستقلة على الأقل للتعبير الجيني من النوع الأول من الخلايا والخلايا الناضجة. [ 32 ]

يُستخدم تحليل النسخ الجيني للبويضات والأجنة البشرية لفهم الآليات الجزيئية ومسارات الإشارات التي تتحكم في التطور الجنيني المبكر، ويمكن نظريًا أن يكون أداة فعالة في اختيار الأجنة المناسبة في التلقيح الصناعي . وقد كشفت تحليلات محتوى النسخ الجيني للمشيمة في الثلث الأول من الحمل في التلقيح الصناعي ونقل الأجنة (IVT-ET) عن اختلافات في التعبير الجيني مرتبطة بزيادة معدل حدوث مضاعفات ما حول الولادة. ويمكن الاستفادة من هذه المعلومات لتحسين الممارسة. [ 33 ] كما يمكن استخدام تحليلات النسخ الجيني لتحسين حفظ البويضات بالتبريد، عن طريق تقليل الأضرار المرتبطة بهذه العملية. [ 34 ]

علم النسخ هو مجال ناشئ ومتنامٍ باستمرار في اكتشاف المؤشرات الحيوية لاستخدامها في تقييم سلامة الأدوية أو تقييم المخاطر الكيميائية . [ 35 ]

يمكن أيضًا استخدام النسخ الجينية لاستنتاج العلاقات التطورية بين الأفراد أو للكشف عن الأنماط التطورية لحفظ النسخ الجينية. [ 36 ]

استُخدمت تحليلات النسخ الجيني لاكتشاف مدى انتشار النسخ العكسي، ودوره في التعبير الجيني من خلال التفاعل مع الجينات المحيطة، ووفرته في الكروموسومات المختلفة. [ 37 ] كما استُخدم تسلسل الحمض النووي الريبوزي (RNA-seq) لإظهار كيف يمكن لنظائر الحمض النووي الريبوزي، وهي نسخ ناتجة عن نفس الجين ولكن ببنى مختلفة، أن تُنتج أنماطًا ظاهرية معقدة من جينومات محدودة. [ 20 ]

النباتات

استُخدم تحليل النسخ الجيني لدراسة تطور وتنوع أنواع النباتات. في عام 2014، أُنجز مشروع الألف جينوم نباتي، حيث تم فيه تسلسل النسخ الجيني لـ 1124 نوعًا نباتيًا من عائلات النباتات الخضراء ، والزرقاء، والحمراء . ثم قورنت تسلسلات ترميز البروتين لاستنتاج العلاقات التطورية بين النباتات وتحديد توقيت تنوعها في عملية التطور. [ 38 ] استُخدمت دراسات النسخ الجيني لتوصيف وتحديد كمية التعبير الجيني في حبوب اللقاح الناضجة . وُجد أن الجينات المشاركة في استقلاب جدار الخلية والهيكل الخلوي مُفرطة التعبير. كما سمحت مناهج النسخ الجيني بتتبع التغيرات في التعبير الجيني خلال مراحل نمو حبوب اللقاح المختلفة، بدءًا من الأبواغ الصغيرة وحتى حبوب اللقاح الناضجة؛ بالإضافة إلى ذلك، أمكن مقارنة هذه المراحل بين أنواع نباتية مختلفة، بما في ذلك نبات الرشاد ، والأرز ، والتبغ . [ 39 ]

العلاقة بمجالات أخرى

مخطط عام يوضح العلاقات بين الجينوم ، والترانسكريبتوم، والبروتيوم ، والميتابولوم ( الليبيدوم ).

على غرار التقنيات الأخرى القائمة على علم الجينوم ، يتيح تحليل النسخ الجيني اتباع نهج غير متحيز عند التحقق من صحة الفرضيات تجريبيًا. كما يتيح هذا النهج اكتشاف وسائط جديدة في مسارات الإشارات الخلوية. [ 17 ] وكما هو الحال مع التقنيات الأخرى القائمة على علم الجينوم، يمكن تحليل النسخ الجيني ضمن نطاق نهج متعدد الجينومات . وهو مكمل لعلم الأيض، ولكن على عكس علم البروتينات، لا يمكن إثبات وجود ارتباط مباشر بين النسخة الجينية والمستقلب .

توجد عدة حقول تنتهي بـ "-ome" يمكن اعتبارها فئات فرعية من النسخ الجيني. يختلف الإكسوم عن النسخ الجيني في أنه يشمل فقط جزيئات الحمض النووي الريبوزي (RNA) الموجودة في مجموعة خلايا محددة، ويتضمن عادةً كمية أو تركيز كل جزيء RNA بالإضافة إلى هويته الجزيئية. علاوة على ذلك، يختلف النسخ الجيني أيضًا عن الترانسلاتوم ، وهو مجموعة جزيئات RNA التي تخضع للترجمة.

يُستخدم مصطلح "الميوم" في علم الجينوم الوظيفي لوصف النسخ الجيني الميوزي، أو مجموعة نسخ الحمض النووي الريبوزي (RNA) المُنتجة خلال عملية الانقسام الميوزي . [ 40 ] يُعد الانقسام الميوزي سمةً أساسيةً للكائنات حقيقية النوى التي تتكاثر جنسيًا ، ويتضمن اقتران الكروموسومات المتماثلة ، والتشابك، وإعادة التركيب. ونظرًا لأن الانقسام الميوزي في معظم الكائنات الحية يحدث في فترة زمنية قصيرة، فإن تحليل النسخ الجيني الميوزي يُعد صعبًا بسبب صعوبة عزل (أو إثراء) الخلايا الميوزية ( الخلايا الميوزية ). وكما هو الحال مع تحليلات النسخ الجيني، يمكن دراسة الميوم على مستوى الجينوم الكامل باستخدام تقنيات النسخ الجيني واسعة النطاق. [ 41 ] وقد تم توصيف الميوم بشكلٍ جيد في الثدييات والخميرة، وبشكلٍ أقل شمولًا في النباتات. [ 42 ]

يتألف النسخ الجيني للموتى من جميع نسخ الحمض النووي الريبوزي (RNA) التي تستمر في التعبير أو التي تبدأ في إعادة التعبير في الأعضاء الداخلية للجثة بعد 24-48 ساعة من الوفاة. تشمل بعض الجينات تلك التي يتم تثبيطها بعد التطور الجنيني . إذا كان النسخ الجيني للموتى مرتبطًا بعملية موت الخلايا المبرمج ( الاستماتة )، فيمكن الإشارة إليه باسم النسخ الجيني للموت الخلوي المبرمج. تُستخدم تحليلات النسخ الجيني للموتى في الطب الشرعي . [ 43 ]

يمكن استخدام رسم خرائط eQTL لتكملة علم الجينوم بعلم النسخ؛ المتغيرات الجينية على مستوى الحمض النووي وقياسات التعبير الجيني على مستوى الحمض النووي الريبي. [ 44 ]

العلاقة بالبروتيوم

يمكن اعتبار النسخ الجيني بمثابة مجموعة فرعية من البروتينوم ، أي المجموعة الكاملة من البروتينات التي يعبر عنها الجينوم.

مع ذلك، قد يكون تحليل مستويات التعبير النسبي للـ mRNA معقدًا نظرًا لأن التغيرات الطفيفة نسبيًا في تعبير الـ mRNA قد تُحدث تغيرات كبيرة في الكمية الإجمالية للبروتين المقابل الموجود في الخلية. إحدى طرق التحليل، المعروفة بتحليل إثراء مجموعات الجينات ، تُحدد شبكات الجينات المتشاركة في التنظيم بدلًا من الجينات الفردية التي يزداد أو ينخفض ​​تعبيرها في مجموعات الخلايا المختلفة.

على الرغم من أن دراسات المصفوفات الدقيقة قادرة على الكشف عن الكميات النسبية لأنواع مختلفة من الحمض النووي الريبوزي الرسول (mRNA) في الخلية، إلا أن مستويات mRNA لا تتناسب طرديًا مع مستوى التعبير عن البروتينات التي يشفرها. [ 45 ] يعتمد عدد جزيئات البروتين المُصنّعة باستخدام جزيء mRNA معين كقالب اعتمادًا كبيرًا على خصائص بدء الترجمة لتسلسل mRNA؛ وعلى وجه الخصوص، تُعد قدرة تسلسل بدء الترجمة عاملًا حاسمًا في استقطاب الريبوسومات لترجمة البروتين .

قواعد بيانات النسخ الجيني

انظر أيضاً

ملحوظات

  1. 1 2 3 4 5 خيمينيز-تشيلارون، جوزيب سي؛ دياز، روبين؛ رامون-كراويل، مارتا (2014). "الفصل 4 - أدوات علم الجينوم لتحليل مثيلة وتعديلات الهيستون على مستوى الجينوم" . الكيمياء التحليلية الشاملة . 64 : 81-110 . doi : 10.1016/B978-0-444-62651-6.00004-0 . ISBN 978-0-444-62651-6تم الاطلاع عليه بتاريخ 25 أبريل 2020 .
  2. ↑ جي كي، سيم؛ إف سي، كافاتوس؛ سي دبليو، جونز؛ إم دي، كوهلر؛ إيه، إفستراتياديس؛ تي، مانياتيس (ديسمبر 1979). "استخدام مكتبة الحمض النووي المكمل (cDNA) لدراسات حول تطور وتعبير جينات المشيمة المتعددة أثناء النمو" . الخلية . 8 (4): 1303-1316 . doi : 10.1016/0092-8674(79)90241-1 . PMID 519770 . 
  3. ^ إي فيلكوليسكو، فيكتور؛ تشانغ، لين؛ تشو، وي؛ فوجلشتاين، جاكوب؛ البصراوي، منيرة؛ إي باسيت جونيور، دوغلاس؛ هيتر، فيل؛ فوجلستين، بيرت؛ دبليو كينزلر، كينيث (1997). "توصيف نسخة الخميرة" . خلية . 2 (88): 243–51 . دوى : 10.1016/S0092-8674(00)81845-0 . بميد 9008165 . S2CID 11430660 .  
  4. 1 2 3 بيرالتا، ميهايلا (2012). " الترانسكريبتوم البشري: قصة لم تكتمل" . الجينات . 3 (3): 344-360 . doi : 10.3390/genes3030344 . PMC 3422666. PMID 22916334 .  
  5. 1 2 جوفينداراجان، راجيشوار؛ دوريان، جيابرادها؛ كاليابان، كاروناكاران؛ بالانيسامي ، موروجيسان (2012). "الميكروأري وتطبيقاته" . مجلة الصيدلة والعلوم الحيوية . 4 (6): S310-2. دوى : 10.4103/0975-7406.100283 . بمك 3467903 . بميد 23066278 .  
  6. ↑ براون، تي إيه (2018). "الفصل 12: علم النسخ". الجينومات 4. نيويورك، نيويورك، الولايات المتحدة الأمريكية: جارلاند ساينس. ISBN 978-0-8153-4508-4.
  7. ↑ كلانسي، سوزان (2008). "نسخ الحمض النووي" . تعليم الطبيعة . 1 (11): 41.
  8. ↑ فرانسيس دبليو آر، وورهايد جي (يونيو 2017). "نسب متشابهة من الإنترونات إلى التسلسل بين الجينات عبر جينومات الحيوانات" . علم الأحياء التطوري وعلم الجينوم . 9 (6): 1582-1598 . doi : 10.1093/gbe/evx103 . PMC 5534336. PMID 28633296 .  
  9. 1 2 فان باكل إتش، نيسلو سي، بلينكو بي جيه، وهيوز تي آر (2011). "رد على "حقيقة النسخ المنتشر" . مجلة PLOS Biology . 9 (7) e1001102. doi : 10.1371/journal.pbio.1001102 . PMC 3134445. S2CID 15680321 .  
  10. ↑ جينسن تي إتش، جاكير إيه، وليبري دي (2013). "التعامل مع النسخ المنتشر" . الخلية الجزيئية . 52 (4): 473-484 . doi : 10.1016/j.molcel.2013.10.032 . PMID 24267449 . 
  11. ↑ سفيردلوف، يوجين (2017) . "تبقى الجينات غير الوظيفية المنسوخة غير وظيفية إذا لم تكتسب وظيفة محددة في التطور". BioEssays . 39 (12) 1700164. doi : 10.1002/bies.201700164 . PMID 29071727. S2CID 35346807 .  
  12. ↑ ويد جيه تي، وجرينجر دي سي (2018). " النسخ الزائف وتأثيره على وظيفة الخلية" . النسخ . 9 (3): 182-189 . doi : 10.1080/21541264.2017.1381794 . PMC 5927700. PMID 28980880 .  
  13. ↑ بالازو إيه إف، ولي إي إس (2015). " الحمض النووي الريبوزي غير المشفر: ما هو وظيفي وما هو غير وظيفي؟" . مجلة فرونتيرز إن جينيتكس . 6 : 2. doi : 10.3389/fgene.2015.00002 . PMC 4306305. PMID 25674102 .  
  14. 1 2 3 4 سيليرينو وسانجوانيني 2018 ، ص. 12 
  15. ↑ يو. آدامز، جيل (2008). "الترانسكريبتوم: ربط الجينوم بوظيفة الجين" . مجلة نيتشر التعليمية . 1 (1): 195.
  16. وانغ ، تشونغ ؛ غيرستين، مارك؛ سنايدر، مايكل (يناير 2009). "تسلسل الحمض النووي الريبوزي: أداة ثورية لعلم النسخ" . مجلة Nature Reviews Genetics . 10 (1): 57-63 . doi : 10.1038/nrg2484 . PMC 2949280. PMID 19015660 .  
  17. 1 2 سيليرينو وسانجوانيني 2018 ، ص. مقدمة 
  18. ↑ براينت إس، مانينغ دي إل (1998). "عزل الحمض النووي الريبوزي الرسول". بروتوكولات عزل الحمض النووي الريبوزي وتوصيفه . طرق في البيولوجيا الجزيئية. المجلد 86. الصفحات 61-64 . doi : 10.1385/0-89603-494-1:61 . ISBN   978-0-89603-494-5PMID 9664454​​ 
  19. ↑ تشومتشينسكي، ب.، وساتشي، ن. (أبريل 1987). "طريقة أحادية الخطوة لعزل الحمض النووي الريبي (RNA) باستخدام استخلاص غوانيدينيوم ثيوسيانات-فينول-كلوروفورم الحمضي". الكيمياء الحيوية التحليلية . 162 (1): 156-159 . doi : 10.1016/0003-2697(87)90021-2 . PMID 2440339 . 
  20. 1 2 تاتشيبانا، كريس (31 يوليو 2015). "علم النسخ اليوم: المصفوفات الدقيقة، وتسلسل الحمض النووي الريبوزي، والمزيد" . مجلة ساينس . 349 (6247): 544. رمز Bibcode : 2015Sci...349..544T . تم الاطلاع عليه في 2 مايو 2020 .
  21. ↑ شينا، م.؛ شالون، د.؛ ديفيس، ر. و.؛ براون، ب. أ. (20 أكتوبر 1995). "الرصد الكمي لأنماط التعبير الجيني باستخدام مصفوفة الحمض النووي التكميلي". مجلة ساينس . 270 (5235). نيويورك، نيويورك: 467-470 . رمز Bibcode : 1995Sci...270..467S . doi : 10.1126/science.270.5235.467 . ISSN 0036-8075 . PMID 7569999. S2CID 6720459 .   
  22. 1 2 3 سيليرينو وسانجوانيني 2018 ، ص. 13 
  23. ^ سيليرينو وسانجوانيني 2018 ، ص. 18 
  24. ↑ توليدو-أرانا أ، لاسا إ (مارس 2020). "تطورات في فهم النسخ الجيني البكتيري: من النسخ المتداخل إلى مفهوم الاستبعاد" . علم الأحياء الدقيقة الجزيئي . 113 (3): 593-602 . doi : 10.1111/mmi.14456 . PMC 7154746. PMID 32185833 .  
  25. ↑ كانتر، إيتامار؛ كاليسكي، تومر (10 مارس 2015). "علم نسخ الخلايا المفردة: الأساليب والتطبيقات" . مجلة فرونتيرز في علم الأورام . 5 : 53. doi : 10.3389/fonc.2015.00053 . ISSN 2234-943X . PMC 4354386. PMID 25806353 .   
  26. ↑ ستيجل، أوليفر؛ أ. تايخمان، سارة؛ س. ماريوني، جون (2015). "التحديات الحسابية والتحليلية في علم النسخ أحادي الخلية" . مجلة Nature Reviews Genetics . 16 (3): 133-145 . doi : 10.1038/nrg3833 . PMID 25628217. S2CID 205486032 .  
  27. ↑ ترابنيل، كول (1 أكتوبر 2015). " تحديد أنواع الخلايا وحالاتها باستخدام علم الجينوم أحادي الخلية" . أبحاث الجينوم . 25 (10): 1491-1498 . doi : 10.1101/gr.190595.115 . ISSN 1088-9051 . PMC 4579334. PMID 26430159 .   
  28. 1 2 كانتر، إيتامار؛ كاليسكي، تومر (2015). "علم النسخ أحادي الخلية: الأساليب والتطبيقات" . مجلة فرونتيرز في علم الأورام . 5 (13): 53. doi : 10.3389/fonc.2015.00053 . PMC 4354386. PMID 25806353 .  
  29. ^ أولين ، ماتياس. فاجيربيرج، لين؛ هالستروم، بيورن م.؛ ليندسكوج، سيسيليا؛ أوكسولد، لكل؛ ماردينوغلو، عادل؛ سيفرتسون، أسا؛ كامبف، كارولين؛ سجوستيدت، إيفيلينا؛ أسبلوند، آنا؛ أولسون، إنجماري؛ إدلوند، كارولينا؛ لوندبيرج، إيما؛ نافاني، سانجاي؛ زيجيارتو، كريستينا الخليلي (2015-01-23). "خريطة الأنسجة للبروتين البشري" . علوم . 347 (6220) 1260419. دوى : 10.1126/science.1260419 . بميد 25613900 . 
  30. ↑ وايدنبوش، بشرى؛ ريختر، غونتر إتش إس؛ كيسبر، ماري صوفي؛ غوغيموس، مونيكا؛ غال، كاتيا؛ بريكسلر، كارولين؛ كازانتسيف، إيليا؛ سيبول، ألكسندرا؛ ليندنر، لارس؛ ناثراث، ميكايلا؛ ويت، أولاف؛ سبيشت، كاتيا؛ بيتينغر، فريغا؛ كنيبل، كارولين؛ هوسي، ستيوارت (17 أبريل 2018). "العلاج الفردي القائم على تحليل النسخ الجيني للأورام اللحمية المقاومة لدى الأطفال: الجدوى، والتحمل، والفعالية" . أونكوتارجت . 9 (29): 20747-20760 . doi : 10.18632/oncotarget.25087 . ISSN 1949-2553 . PMC 5945512 . PMID 29755686 .   
  31. ^ رودون، جوردي. سوريا، جان تشارلز؛ بيرغر، رعنان؛ ميلر، ويلسون ه. روبن، إيتان؛ كوجل، ألكسندرا؛ تسيمبيريدو، أبوستوليا؛ سانتيني، بيير. أكيرستين، أليزا؛ برانيا، إيرين؛ لوريوت، يوهان؛ أفشار، محمد؛ ميلر، فنسنت. وندر، فاني؛ بريسون ، كاثرين (مايو 2019). "التنميط الجيني والنسخي يوسع طب السرطان الدقيق: تجربة WINTHER" . طب الطبيعة . 25 (5): 751-758 . دوى : 10.1038 / s41591-019-0424-4 . ISSN 1546-170X . بمك 6599610 . بميد 31011205 .   
  32. ^ جودوي، باتريسيو. شميدت هيك، فولفجانج؛ هيلويج، بيرت؛ نيل، باتريك. فيوربورن، ديفيد؛ راهنينفهرر، يورج؛ كاتلر، كاثرين. والتر، يورن. بلوثجن، نيلز. جي هينجستلر، يناير (5 يوليو 2018). "تقييم تمايز الخلايا الجذعية بناءً على ملفات تعريف التعبير على مستوى الجينوم" . المعاملات الفلسفية للجمعية الملكية ب . 373 (1750) 20170221. دوى : 10.1098/rstb.2017.0221 . بمك 5974444 . بميد 29786556 .  
  33. ↑ تشاو، ل؛ تشنغ، ش؛ ليو، ج؛ تشنغ، ر؛ يانغ، ر؛ وانغ، ي؛ صن، ل (1 يوليو 2019). "يتأثر النسخ الجيني للمشيمة في الثلث الأول من الحمل بالتخصيب في المختبر ونقل الأجنة" . علم الأحياء التناسلية والغدد الصماء . 17 (1): 50. doi : 10.1186/s12958-019-0494-7 . PMC 6604150. PMID 31262321 .  
  34. ↑ إروغلو، بينور؛ أ. سوريك، إيديتا؛ شال، بيتر؛ إ. لاثام، كيث؛ إروغلو، علي (6 أبريل 2020). "دراسة الأضرار طويلة الأمد الناتجة عن التجميد في النسخ الجيني للبويضة والجنين" . PLOS ONE . 15 (4) e0231108. Bibcode : 2020PLoSO..1531108E . doi : 10.1371/journal.pone.0231108 . PMC 7135251. PMID 32251418 .  
  35. ↑ سزابو، ديفيد (2014). "المؤشرات الحيوية الجينومية في سلامة المواد الكيميائية وتقييم مخاطرها". المؤشرات الحيوية الجينومية في سلامة المواد الكيميائية وتقييم مخاطرها. في راميش غوبتا (محرر): غوبتا - المؤشرات الحيوية في علم السموم، أكسفورد: أكاديميك برس . الصفحات 1033-1038 . doi : 10.1016/B978-0-12-404630-6.00062-2 . ISBN  978-0-12-404630-6. S2CID 89396307 . 
  36. ↑ دروست، هاجك-جورج؛ جابل، ألكسندر؛ جروس، إيفو؛ كوينت، مارسيل؛ جروس، إيفو (2018-05-01). "myTAI: علم النسخ التطوري باستخدام لغة R" . المعلوماتية الحيوية . 34 (9): 1589-1590 . doi : 10.1093/molbev/msv012 . ISSN 0737-4038 . PMC 5925770. PMID 29309527 .   
  37. ↑ S, Katayama; et al. (2005). "النسخ المضاد في النسخ الجيني للثدييات" . مجلة ساينس . 309 (5740): 1564-1566 . Bibcode : 2005Sci...309.1564R . doi : 10.1126/science.1112009 . PMID 16141073. S2CID 34559885 .   
  38. ↑ مبادرة ألف نسخة جينية نباتية (23 أكتوبر 2019). "ألف نسخة جينية نباتية وعلم الوراثة التطورية للنباتات الخضراء" . مجلة نيتشر . 574 (7780): 679-685 . doi : 10.1038/ s41586-019-1693-2 . PMC 6872490. PMID 31645766 .  
  39. ↑ روتلي، نيكولاس؛ تويل، ديفيد (12 مارس 2015). "عقد من علم نسخ حبوب اللقاح" . تكاثر النبات . 28 (2): 73-89 . Bibcode : 2015PlanR..28...73R . doi : 10.1007/ s00497-015-0261-7 . PMC 4432081. PMID 25761645 .  
  40. ↑ كريسماني، واين؛ باومان، أوتي؛ ساتون، تيم؛ شيرلي، نيل؛ ويبستر، تراسي؛ سبانجنبرغ، جيرمان؛ لانغريدج، بيتر؛ أ. إيبل، جيسون (2006). " تحليل التعبير الجيني باستخدام المصفوفات الدقيقة للانقسام الاختزالي وتكوين الأبواغ الدقيقة في قمح الخبز سداسي الصبغيات" . BMC Genomics . 7 (267): 267. doi : 10.1186/1471-2164-7-267 . PMC 1647286. PMID 17052357 .  
  41. ↑ د. بوفيل، ويليام؛ ديفيشوار، بريانكا؛ كابور، سانجاي؛ أ. إيبل، جيسون (2009). "مناهج الجينوم الكامل لتحديد الجينات المرشحة للانقسام الاختزالي المبكر في الحبوب". علم الجينوم الوظيفي والتكاملي . 9 (2): 219-229 . doi : 10.1007/s10142-008-0097-4 . PMID 18836753. S2CID 22854431 .  
  42. ↑ ديفيشوار، بريانكا؛ د. بوفيل، ويليام؛ شارما، ريتا؛ أ. آبل، جيسون؛ كابور، سانجاي (9 مايو 2011). "تحليل نسخ المتك لتحديد الجينات المساهمة في الانقسام الاختزالي وتطور المشيج الذكري في الأرز" . مجلة BMC لعلم الأحياء النباتية . 11 (78): 78. Bibcode : 2011BMCPB..11...78D . doi : 10.1186 / 1471-2229-11-78 . PMC 3112077. PMID 21554676 .  
  43. ↑ جافان، جي تي؛ كان، آي؛ فينلي، إس جيه؛ سوني، إس (2015). "النسخ الجيني المرتبط بالموت الخلوي المبرمج في كبد الجثث". علم الطب الشرعي، والطب، وعلم الأمراض . 11 (4): 509-516 . doi : 10.1007/s12024-015-9704-6 . PMID 26318598. S2CID 21583165 .  
  44. ↑ مانزوني، كلوديا؛ أ. كيا، ديميس؛ فاندروفكوفا، جانا؛ هاردي، جون؛ و. وود، نيكولاس؛ أ. لويس، باتريك؛ فيراري، رافاييل (مارس 2018). "الجينوم، والترانسكريبتوم، والبروتيوم: صعود بيانات الأوميكس وتكاملها في العلوم الطبية الحيوية" . موجزات في المعلوماتية الحيوية . 19 (2): 286-302 . doi : 10.1093/bib/bbw114 . PMC 6018996. PMID 27881428 .  
  45. ↑ شوانهاوسر، بيورن؛ وآخرون . (مايو 2011). "القياس الكمي الشامل للتحكم في التعبير الجيني لدى الثدييات" (ملف PDF) . مجلة نيتشر . 473 (7347): 337-342 . Bibcode : 2011Natur.473..337S . doi : 10.1038/nature10098 . PMID: 21593866. S2CID : 205224972 .   

مراجع

  • سيليرينو، أ؛ سانغوانيني، م (2018)، تحليل النسخ الجيني: مقدمة وأمثلة من علم الأعصاب ، doi : 10.1007/978-88-7642-642-1 ، ISBN 978-88-7642-641-4

للمزيد من القراءة