معلومة

4.1: أصول الطفرات - علم الأحياء

4.1: أصول الطفرات - علم الأحياء


We are searching data for your request:

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

أنواع الطفرات

قد تنطوي الطفرات على الخسارة (حذف)، ربح (إدراج) من واحد أو أكثر من الأزواج الأساسية ، أو خلاف ذلك الاستبدال لواحد أو أكثر من أزواج القواعد مع تسلسل DNA آخر متساوي الطول. يمكن أن تظهر هذه التغييرات في تسلسل الحمض النووي بعدة طرق ، وبعضها كذلك من تلقاء نفسها وبسبب العمليات الطبيعية ، في حين أن البعض الآخر الناجم عن من قبل البشر عن قصد (أو عن غير قصد) باستخدام المطفرات. هناك طرق عديدة للتصنيف المطفرة، وهي العوامل أو العمليات التي تسبب طفرة أو تزيد من تكرار الطفرات. سنصنف المطفرات هنا على أنها (1) بيولوجية ، (2) كيميائية ، أو (3) فيزيائية.

طفرات بيولوجي الأصل

المصدر الرئيسي للطفرة التلقائية هو الأخطاء التي تظهر أثناء تكرار الحمض النووي. عادة ما تكون بوليميرات الحمض النووي دقيقة للغاية في إضافة قاعدة إلى الخيط المتنامي الذي يمثل التكملة الدقيقة للقاعدة الموجودة في حبلا القالب. ومع ذلك ، في بعض الأحيان ، يتم إدخال قاعدة غير صحيحة. عادةً ما تتعرف آلية تكرار الحمض النووي على القواعد التي تم ازدواجها بشكل خاطئ وتصلحها ، ولكن مع ذلك ، يتم دمج بعض الأخطاء بشكل دائم في خيط الابنة ، وبالتالي تصبح طفرات موروثة بواسطة سلالات الخلية (الشكل ( PageIndex {1} ) ).

هناك نوع آخر من الأخطاء تم تقديمه أثناء النسخ المتماثل ناتج عن اختلال مؤقت نادر لعدد قليل من القواعد بين حبلا القالب وخيط الابنة (الشكل ( PageIndex {2} )). هذه حبلا انزلاق يتسبب في نزوح قاعدة واحدة أو أكثر على أي من الخيطين مؤقتًا في ملف حلقة لا يقترن مع الشريط المعاكس. إذا كانت هذه الحلقة تتشكل على شريط القالب ، فقد لا يتم تكرار القواعد الموجودة في الحلقة ، ويكون ملف حذف سيتم تقديمه في حبلا الابنة المتزايدة. على العكس من ذلك ، إذا أصبحت منطقة من حبلا الابنة التي تم تكرارها للتو مشردة في حلقة ، فقد يتم تكرار هذه المنطقة مرة أخرى ، مما يؤدي إلى إدراج من تسلسل إضافي في حبلا الابنة ، مقارنة بحبلا القالب.

سماد: مناطق الحمض النووي التي تحتوي على عدة تكرارات من نفس النيوكليوتيدات القليلة في صف معرضة بشكل خاص لهذا النوع من الخطأ أثناء النسخ المتماثل. وهكذا المناطق ذات يتكرر التسلسل القصير (SSRs) تميل إلى أن تكون متعددة الأشكال بشكل كبير ، وبالتالي فهي مفيدة بشكل خاص في علم الوراثة. يطلق عليهم السواتل الدقيقة.

يمكن أن تحدث الطفرات أيضًا بسبب إدخال الفيروسات والعناصر القابلة للتحويل (الينقولات) ، انظر أدناه ، وأنواع أخرى من الحمض النووي التي تتم إضافتها بشكل طبيعي في مواضع عشوائية أكثر أو أقل في الكروموسومات. قد يؤدي الإدخال إلى تعطيل الترميز أو التسلسل التنظيمي للجين ، بما في ذلك اندماج جزء من جين بآخر. يمكن أن تحدث هذه الإدخالات تلقائيًا ، أو قد يتم تحفيزها عمدًا في المختبر كطريقة للطفرات تسمى الترانسبوزون. على سبيل المثال ، هناك نوع من العناصر القابلة للتبديل يسمى أ ص عنصر يستخدم على نطاق واسع في ذبابة الفاكهة كمطفر بيولوجي. T-DNA، وهو عنصر إدخال تم تعديله من مسببات الأمراض البكتيرية ، ويستخدم كمطفر في بعض الأنواع النباتية.

الطفرات بسبب العناصر القابلة للتحويل

العناصر القابلة للتحويل (TEs) تُعرف أيضًا باسم العناصر الجينية المتنقلة، أو بشكل غير رسمي مثل قفز الجينات. إنها موجودة في جميع الكروموسومات لجميع الكائنات الحية تقريبًا. تتمتع تسلسلات الحمض النووي هذه بقدرة فريدة على القطع أو النسخ من موقعها الأصلي وإدخالها في مواقع جديدة في الجينوم. وهذا ما يسمى بالتبديل. مواقع الإدخال هذه ليست عشوائية تمامًا ، ولكن يمكن ، من حيث المبدأ ، إدخال TEs في أي منطقة من الجينوم تقريبًا. لذلك يمكن أن تندمج TEs في الجينات ، مما يؤدي إلى تعطيل وظيفتها والتسبب في حدوث طفرة. طور الباحثون طرقًا لزيادة معدل التحويل بشكل مصطنع ، مما يجعل بعض TEs نوعًا مفيدًا من المطفرات. ومع ذلك ، فإن الأهمية البيولوجية لـ TEs تمتد إلى ما هو أبعد من استخدامها في فحص الطفرات. تعتبر TEs أيضًا أسبابًا مهمة للمرض وعدم الاستقرار المظهري ، وهي قوة تحور رئيسية في التطور.

هناك فئتان رئيسيتان من TEs في حقيقيات النوى (الشكل ( PageIndex {3} )).

  • الدرجة الأولى تشمل العناصر الينقولات العكسية؛ هذه تنقل عن طريق وسيط RNA. يتم نسخ نسخة TE عكسيًا إلى الحمض النووي قبل إدخالها في مكان آخر في الجينوم من خلال عمل الإنزيمات مثل تكامل.
  • الفئة الثانية تُعرف العناصر أيضًا باسم الينقولات. انهم لا يستخدمون النسخ العكسي أو RNA وسيط للتبديل. بدلا من ذلك ، يستخدمون إنزيم يسمى ينقل لقطع الحمض النووي من الموقع الأصلي ثم يتم إدخال جزء dsDNA المستأصل في موقع جديد. لاحظ أن الاسم ينقلب يستخدم أحيانًا بشكل غير صحيح للإشارة إلى أي نوع من أنواع TEs ، ولكن في هذا الكتاب نستخدم الينقولات للإشارة على وجه التحديد إلى عناصر الفئة الثانية.

إن TEs عبارة عن تسلسلات DNA قصيرة نسبيًا (100-10000 سنة مضت) ، ولا تشفر أكثر من عدد قليل من البروتينات (إن وجدت). عادةً ما تكون جينات ترميز البروتين داخل TE مرتبطة بوظائف التحويل الخاصة بـ TE. قد تشمل هذه البروتينات النسخ العكسيو transposase و Integrase. ومع ذلك ، فإن بعض TEs (من الفئة الأولى أو الثانية) لا يشفر أي بروتينات على الإطلاق. هؤلاء غير مستقل يمكن نقل TEs فقط إذا تم تزويدها بالإنزيمات التي ينتجها الآخرون ، واثق من نفسه TEs الموجودة في مكان آخر في الجينوم. في جميع الحالات ، تتعرف إنزيمات التحويل على تسلسلات النوكليوتيدات المحفوظة داخل TE ، والتي تملي أين تبدأ الإنزيمات في القطع أو النسخ.

يتكون الجينوم البشري من ما يقرب من 45٪ TEs ، والغالبية العظمى منها عبارة عن عائلات من عناصر الفئة الأولى تسمى خطوط و جيوب. القصير، ألو يحدث نوع SINE في أكثر من مليون نسخة في الجينوم البشري (قارن هذا بما يقرب من 21000 جينة ترميز البروتين غير TE في البشر). في الواقع ، تشكل TEs جزءًا كبيرًا من جينومات جميع حقيقيات النوى تقريبًا. عناصر الفئة الأولى ، والتي عادةً ما تنتقل عبر الحمض النووي الريبي نسخ و لصق آلية ، تميل إلى أن تكون أكثر وفرة من عناصر الفئة الثانية ، والتي تستخدم في الغالب أ قص و لصق آلية. ولكن حتى آلية القص يمكن أن تؤدي إلى زيادة عدد نسخ TE. على سبيل المثال ، إذا تم إصلاح الموقع الذي تم إخلاؤه بواسطة الينقولات المستأصلة بقالب الحمض النووي من كروموسوم متماثل يحتوي هو نفسه على نسخة من الينقولات ، فإن العدد الإجمالي للنقولات في الجينوم سيزداد.

إلى جانب توسيع محتوى الحمض النووي الشامل للجينوم بشكل كبير ، تساهم TEs في تطور الجينوم بعدة طرق أخرى. كما ذكرنا سابقًا ، قد تعطل وظيفة الجين عن طريق إدخالها في منطقة ترميز الجين أو المنطقة التنظيمية. من المثير للاهتمام أن المناطق المجاورة للحمض النووي الكروموسومي يتم نقلها عن طريق الخطأ في بعض الأحيان مع TE ؛ هذا يمكن أن يؤدي إلى ازدواجية الجينات. عندئذ تكون الجينات المضاعفة حرة في التطور بشكل مستقل ، مما يؤدي في بعض الحالات إلى تطوير وظائف جديدة. يمكن أن يؤدي تكسير الخيوط عن طريق استئصال وتكامل TE إلى تعطيل الجينات ، ويمكن أن يؤدي إلى إعادة ترتيب الكروموسوم أو حذفه إذا حدثت أخطاء أثناء إعادة الانضمام. علاوة على ذلك ، فإن وجود العديد من متواليات TE المتشابهة الموزعة في جميع أنحاء الكروموسوم يسمح أحيانًا بخلل مناطق الكروموسومات المتجانسة في الانقسام الاختزالي ، مما قد يتسبب في عبور غير متساوٍ ، مما يؤدي إلى حذف أو ازدواجية أجزاء كبيرة من الكروموسومات. وبالتالي ، تعتبر TEs قوة تطورية مهمة ، وقد لا يتم تضمينها على أنها مجرد "DNA غير مرغوب فيه" ، كما كانت من قبل.


طفرة جينية: تغيير في التسلسل الأساسي للجين.

فقر الدم المنجلي هو مرض وراثي يؤثر على خلايا الدم الحمراء في الجسم. إنه ناتج عن طفرة في جين Hb الذي يرمز إلى عديد ببتيد من 146 من الأحماض الأمينية وهو جزء من الهيموغلوبين (الهيموغلوبين هو مكون بروتيني مهم في خلايا الدم الحمراء). في فقر الدم المنجلي ، يتحول الكودون GAG الموجود في جين Hb الطبيعي إلى GTG. وهذا ما يسمى بطفرة الاستبدال الأساسية حيث يتم استبدال الأدينين (A) بالثيمين (T). هذا يعني أنه عندما يتم نسخ الجين المتحور ، فإن الكودون في الرنا المرسال سيكون مختلفًا. بدلاً من الكودون العادي GAG ، سيحتوي الرنا المرسال على الكودون GUG. سيؤدي هذا بدوره إلى حدوث خطأ أثناء الترجمة. في الفرد السليم ، يتطابق الكودون GAG الموجود على الحمض النووي الريبي المرسال مع مضاد الكودون CUC على الحمض النووي الريبي الناقل للحمض الأميني الغلوتاميك. ومع ذلك ، إذا كان الجين المتحور موجودًا ، فإن GUG على الرنا المرسال يتطابق مع anticodon CAC على RNA الذي يحمل الحمض الأميني فالين. لذلك تسببت طفرة استبدال القاعدة في استبدال حمض الجلوتاميك بالفالين في الموضع السادس على عديد الببتيد. ينتج عن هذا وجود الهيموجلوبين S في خلايا الدم الحمراء بدلاً من الهيموجلوبين الطبيعي أ. وهذا له تأثير على النمط الظاهري حيث يتم إنتاج بعض خلايا الدم الحمراء على شكل منجل بدلاً من إنتاج خلايا الدم الحمراء على شكل دونات. ونتيجة لذلك ، لا تستطيع خلايا الدم الحمراء ذات الشكل المنجلي حمل الأكسجين بكفاءة مثل خلايا الدم الحمراء الطبيعية. ومع ذلك ، هناك ميزة لفقر الدم المنجلي. تعطي خلايا الدم الحمراء المنجلية مقاومة للملاريا ، وبالتالي فإن الأليل Hb s على جين Hb الذي يسبب فقر الدم المنجلي شائع جدًا في أجزاء من العالم حيث توجد الملاريا لأنها توفر ميزة على المرض.


محتويات

ثلاث فرضيات كلاسيكية تحرير

الفيروسات قديمة. كشفت الدراسات على المستوى الجزيئي عن العلاقات بين الفيروسات التي تصيب الكائنات الحية من كل مجال من مجالات الحياة الثلاثة ، مما يشير إلى وجود بروتينات فيروسية تسبق تاريخ تباعد الحياة ، وبالتالي تصيب آخر سلف مشترك عالمي. [3] يشير هذا إلى ظهور بعض الفيروسات في وقت مبكر من تطور الحياة ، [4] وربما نشأت عدة مرات. [5] وقد تم اقتراح أن مجموعات جديدة من الفيروسات ظهرت مرارًا وتكرارًا في جميع مراحل التطور ، غالبًا من خلال إزاحة الجينات الهيكلية وتكاثر الجينوم. [6]

هناك ثلاث فرضيات كلاسيكية حول أصول الفيروسات وكيفية تطورها:

  • الفرضية الأولى للفيروس: تطورت الفيروسات من جزيئات معقدة من البروتين والحمض النووي قبل ظهور الخلايا لأول مرة على الأرض. [1] [2] من خلال هذه الفرضية ، ساهمت الفيروسات في ظهور الحياة الخلوية. [7] هذا مدعوم بفكرة أن جميع الجينومات الفيروسية تشفر البروتينات التي لا تحتوي على متماثلات خلوية. تم رفض فرضية الفيروس أولاً من قبل بعض العلماء لأنها تنتهك تعريف الفيروسات ، من حيث أنها تتطلب خلية مضيفة لتتكاثر. [1]
  • فرضية التخفيض (فرضية الانحطاط): كانت الفيروسات ذات يوم خلايا صغيرة تتطفل على الخلايا الأكبر حجمًا. [8] [9] وهذا مدعوم باكتشاف فيروسات عملاقة ذات مادة وراثية مماثلة للبكتيريا الطفيلية. ومع ذلك ، فإن الفرضية لا تفسر لماذا حتى أصغر الطفيليات الخلوية لا تشبه الفيروسات بأي شكل من الأشكال. [7]
  • فرضية الهروب (فرضية التشرد): تطورت بعض الفيروسات من أجزاء من الدنا أو الرنا التي "هربت" من جينات كائنات أكبر. [10] هذا لا يفسر الهياكل الفريدة للفيروسات والتي لا يمكن رؤيتها في أي مكان في الخلايا. كما أنه لا يفسر القفيصات المعقدة والتراكيب الأخرى لجزيئات الفيروس. [7]

علماء الفيروسات بصدد إعادة تقييم هذه الفرضيات. [6] [11] [12]

تحرير الفرضيات اللاحقة

  • فرضية التطور المشترك (نظرية الفقاعة): في بداية الحياة ، كان هناك مجتمع من النسخ المتماثلة المبكرة (أجزاء من المعلومات الجينية القادرة على التكرار الذاتي) بالقرب من مصدر غذائي مثل الينابيع الساخنة أو التنفيس الحراري المائي. أنتج هذا المصدر الغذائي أيضًا جزيئات شبيهة بالدهون تتجمع ذاتيًا في حويصلات يمكن أن تحيط بالنسخ المتماثلة. ازدهرت النسخ المتماثلة من مصدر الغذاء ، ولكن بعيدًا ستكون الموارد الوحيدة غير المخففة داخل الحويصلات. لذلك ، يمكن أن يدفع الضغط التطوري النسخ المتماثلة على طول مسارين من التطور: الاندماج مع الحويصلة ، مما يؤدي إلى ظهور الخلايا والدخول إلى الحويصلة ، باستخدام مواردها ، والتكاثر وترك حويصلة أخرى ، مما يؤدي إلى ظهور الفيروسات. [13]
  • فرضية الأصول الوهمية: استنادًا إلى تحليلات تطور الوحدات التكاثرية والهيكلية للفيروسات ، أ سيناريو خيالي بالنسبة إلى أصل الفيروسات ، تم اقتراحه في عام 2019. [6] وفقًا لهذه الفرضية ، نشأت وحدات النسخ المتماثل للفيروسات من المجموعة الجينية البدائية ، على الرغم من أن المسار الطويل لتطورها اللاحق تضمن العديد من عمليات النزوح بواسطة الجينات التكاثرية من مضيفيها الخلويين. على النقيض من ذلك ، تطورت الجينات التي تشفر البروتينات الهيكلية الرئيسية من بروتينات مضيفة متنوعة وظيفيًا خلال تطور الغلاف الفيروسي. [6] يختلف هذا السيناريو عن كل من السيناريوهات التقليدية الثلاثة ولكنه يجمع بين ميزات فرضية الفيروس أولاً وفرضية Escape.

تتمثل إحدى مشكلات دراسة الأصول الفيروسية وتطورها في المعدل المرتفع للطفرة الفيروسية ، لا سيما في حالة الفيروسات القهقرية للحمض النووي الريبي مثل فيروس نقص المناعة البشرية / الإيدز. ومع ذلك ، فإن دراسة حديثة تستند إلى مقارنات هياكل طي البروتين الفيروسي تقدم بعض الأدلة الجديدة. تعد عائلات الطيات الفائقة (FSFs) عبارة عن بروتينات تظهر هياكل قابلة للطي مماثلة مستقلة عن التسلسل الفعلي للأحماض الأمينية ، وقد تم العثور عليها لإظهار دليل على تطور نسالة فيروسية. بروتين الفيروس ، و بروتين فيروسي، لا يزال يحتوي على آثار من التاريخ التطوري القديم التي يمكن دراستها اليوم. تشير دراسة البروتين FSFs إلى وجود سلالات خلوية قديمة شائعة في كل من الخلايا والفيروسات قبل ظهور "آخر سلف خلوي عالمي" الذي أدى إلى ظهور الخلايا الحديثة. قد يؤدي الضغط التطوري لتقليل حجم الجينوم والجسيمات في النهاية إلى تقليل الخلايا الفيروسية إلى فيروسات حديثة ، بينما تطورت سلالات خلوية أخرى متعايشة في النهاية إلى خلايا حديثة. [14] علاوة على ذلك ، فإن المسافة الجينية الطويلة بين RNA و FSFs تشير إلى أن فرضية RNA العالمية قد يكون لها دليل تجريبي جديد ، مع فترة وسيطة طويلة في تطور الحياة الخلوية.

من الصعب إجراء استبعاد نهائي لفرضية حول أصل الفيروسات على الأرض نظرًا للتفاعلات في كل مكان بين الفيروسات والخلايا ، ونقص توفر الصخور القديمة بما يكفي للكشف عن آثار الفيروسات الأولى على الكوكب. من منظور علم الأحياء الفلكي ، فقد تم اقتراح أنه على الأجرام السماوية مثل المريخ ، لا ينبغي البحث بنشاط عن الخلايا فحسب ، بل يجب أيضًا البحث عن آثار الفيروسات أو أشباه الفيروسات السابقة: النتائج المحتملة لآثار الفيروسات في الغياب الواضح للخلايا يمكن أن توفر الدعم لـ الفرضية الأولى للفيروس. [15]

لا تشكل الفيروسات أحافير بالمعنى التقليدي ، لأنها أصغر بكثير من أفضل الأجزاء الغروية التي تشكل صخورًا رسوبية تحجر النباتات والحيوانات. ومع ذلك ، فإن جينومات العديد من الكائنات الحية تحتوي على عناصر فيروسية داخلية (EVEs). تسلسلات الحمض النووي هذه هي بقايا جينات وجينومات الفيروسات القديمة التي `` غزت '' السلالة الجرثومية للمضيف. على سبيل المثال ، تحتوي جينومات معظم أنواع الفقاريات على مئات إلى آلاف التسلسلات المشتقة من الفيروسات القهقرية القديمة. هذه التسلسلات هي مصدر قيم للأدلة بأثر رجعي حول التاريخ التطوري للفيروسات ، وقد ولدت علم علم الحفريات القديمة. [16]

يمكن إلى حد ما الاستدلال على التاريخ التطوري للفيروسات من تحليل الجينوم الفيروسي المعاصر. تم قياس معدلات الطفرات للعديد من الفيروسات ، ويسمح تطبيق الساعة الجزيئية بالاستدلال على تواريخ الاختلاف. [17]

تتطور الفيروسات من خلال التغييرات في RNA (أو الحمض النووي) ، وبعضها سريع جدًا ، وسرعان ما يفوق عدد أفضل المتحولات المتكيفة عدد نظرائهم الأقل لياقة. وبهذا المعنى فإن تطورهم هو دارويني. [18] الطريقة التي تتكاثر بها الفيروسات في خلاياها المضيفة تجعلها عرضة بشكل خاص للتغيرات الجينية التي تساعد على دفع تطورها. [19] فيروسات RNA معرضة بشكل خاص للطفرات. [20] توجد في الخلايا المضيفة آليات لتصحيح الأخطاء عندما يتكاثر الحمض النووي ، وهي تبدأ في كل مرة تنقسم فيها الخلايا. [20] تمنع هذه الآليات الهامة انتقال الطفرات القاتلة إلى الأبناء. لكن هذه الآليات لا تعمل مع الحمض النووي الريبي ، وعندما يتكاثر فيروس الحمض النووي الريبي في خليته المضيفة ، يتم إدخال تغييرات في جيناته أحيانًا عن طريق الخطأ ، وبعضها مميت. يمكن لجسيم فيروسي واحد أن ينتج الملايين من فيروسات النسل في دورة واحدة فقط من التكاثر ، وبالتالي فإن إنتاج عدد قليل من الفيروسات "الفاشلة" ليس مشكلة. معظم الطفرات تكون "صامتة" ولا تؤدي إلى أي تغييرات واضحة على فيروسات النسل ، لكن البعض الآخر يمنح مزايا تزيد من لياقة الفيروسات في البيئة. يمكن أن تكون هذه تغييرات في جزيئات الفيروس تخفيها حتى لا يتم التعرف عليها من قبل خلايا الجهاز المناعي أو تغييرات تجعل الأدوية المضادة للفيروسات أقل فعالية. كل من هذه التغييرات تحدث بشكل متكرر مع فيروس نقص المناعة البشرية. [21]

يمكن للعديد من الفيروسات (على سبيل المثال ، فيروس الإنفلونزا أ) "خلط" جيناتها مع فيروسات أخرى عندما تصيب سلالتان متماثلتان نفس الخلية. تسمى هذه الظاهرة التحول الجيني ، وغالبًا ما تكون سبب ظهور سلالات جديدة وأكثر ضراوة. تتغير الفيروسات الأخرى بشكل أبطأ حيث تتراكم الطفرات في جيناتها تدريجيًا بمرور الوقت ، وهي عملية تُعرف باسم الانجراف المستضدي. [23]

من خلال هذه الآليات ، تظهر فيروسات جديدة باستمرار وتشكل تحديًا مستمرًا في محاولات السيطرة على الأمراض التي تسببها. [24] [25] من المعروف الآن أن معظم أنواع الفيروسات لها أسلاف مشتركة ، وعلى الرغم من أن فرضية "الفيروس الأول" لم تنل قبولًا كاملًا بعد ، إلا أن هناك القليل من الشك في أن آلاف الأنواع من الفيروسات الحديثة قد تطورت من أقل عددًا القديمة. [26] فيروسات الموربيليفا ، على سبيل المثال ، هي مجموعة من الفيروسات المرتبطة ارتباطًا وثيقًا ، ولكنها متميزة ، والتي تصيب مجموعة واسعة من الحيوانات. وتضم المجموعة فيروس الحصبة ، الذي يصيب الإنسان والرئيسيات ، فيروس سِّل الكلاب ، الذي يصيب العديد من الحيوانات بما في ذلك الكلاب والقطط والدببة وأعراس الضأن والطاعون البقري ، الذي أصاب الماشية والجاموس وفيروسات الفقمة وخنازير البحر والدلافين الأخرى. [27] على الرغم من أنه من غير الممكن إثبات أي من هذه الفيروسات سريعة التطور هو الأقدم ، فإن مثل هذه المجموعة الوثيقة الصلة من الفيروسات التي يمكن العثور عليها في مثل هذه العوائل المتنوعة تشير إلى احتمال أن يكون سلفهم المشترك قديمًا. [28]

تحرير الجراثيم

فيروس الإشريكية T4 (فج T4) هو نوع من البكتيريا التي تصيب الإشريكية القولونية بكتيريا. إنه فيروس DNA مزدوج تقطعت به السبل في العائلة Myoviridae. Phage T4 هو طفيلي ملزم داخل الخلايا يتكاثر داخل الخلية البكتيرية المضيفة ويتم إطلاق نسله عندما يتم تدمير المضيف عن طريق التحلل. يشفر تسلسل الجينوم الكامل للعاثية T4 حوالي 300 منتج جيني. [29] تعد هذه الفيروسات الخبيثة من أكبر الفيروسات المعروفة وأكثرها تعقيدًا وواحدة من أفضل الكائنات الحية المدروسة. لقد لعبوا دورًا رئيسيًا في تطوير علم الفيروسات والبيولوجيا الجزيئية. تتشابه أعداد التماثلات الوراثية المبلغ عنها بين الملتهمة T4 والبكتيريا وبين الملتهمة T4 وحقيقيات النوى مما يشير إلى أن Phage T4 تشترك في النسب مع كل من البكتيريا وحقيقيات النوى ولها تشابه متساوي مع كل منهما. [30] قد يكون Phage T4 قد تباعد في التطور عن سلف مشترك للبكتيريا وحقيقيات النوى أو من عضو متطور مبكرًا لأي من السلالتين. تشفر معظم جينات العاثيات التي تظهر التماثل مع البكتيريا وحقيقيات النوى الإنزيمات التي تعمل في العمليات المنتشرة لتكرار الحمض النووي وإصلاح الحمض النووي وإعادة التركيب وتخليق النيوكليوتيدات. [30] من المحتمل أن تكون هذه العمليات قد تطورت في وقت مبكر جدًا. قد تكون الميزات التكيفية للأنزيمات التي تحفز هذه العمليات المبكرة قد تم الحفاظ عليها في سلالات الملتهمة T4 والبكتيرية وحقيقية النواة لأنها كانت حلولًا تم اختبارها جيدًا للمشاكل الوظيفية الأساسية بحلول الوقت الذي تباعدت فيه هذه السلالات.

تمكنت الفيروسات من الاستمرار في وجودها المعدي بسبب التطور. أعطت معدلات الطفرات السريعة والانتقاء الطبيعي للفيروسات ميزة لمواصلة الانتشار. إحدى الطرق التي تمكنت بها الفيروسات من الانتشار هي تطور انتقال الفيروس. يمكن للفيروس العثور على مضيف جديد من خلال: [31]

  • انتقال القطيرات - ينتقل عبر سوائل الجسم (العطس على شخص ما)
    • مثال على ذلك هو فيروس الانفلونزا [32]
    • من الأمثلة على ذلك كيفية انتقال التهاب السحايا الفيروسي [33]
    • مثال على ذلك هو التهاب الدماغ الفيروسي [34]
    • فيروس شلل الأطفال مثال على ذلك [35]
    • فيروس الجدري هو أيضًا مثال على هذا [35]

    هناك أيضًا بعض الأفكار وراء فكرة أن الفوعة ، أو الضرر الذي يلحقه الفيروس بمضيفه ، يعتمد على عدة عوامل. تؤثر هذه العوامل أيضًا على كيفية تغير مستوى الفوعة بمرور الوقت. ستتطور الفيروسات التي تنتقل من خلال الانتقال العمودي (الانتقال إلى نسل المضيف) لتكون ذات مستويات أقل من الضراوة. عادة ما تتطور الفيروسات التي تنتقل من خلال الانتقال الأفقي (الانتقال بين أفراد من نفس النوع الذي ليس له علاقة بين الوالدين والطفل) لتصبح أكثر ضراوة. [36]


    أنواع الطفرات

    يمكن تغيير تسلسل الحمض النووي للجين بعدة طرق. للطفرات الجينية تأثيرات متفاوتة على الصحة ، اعتمادًا على مكان حدوثها وما إذا كانت تغير وظيفة البروتينات الأساسية. تشمل أنواع الطفرات ما يلي:

    • طفرة صامتة: تسبب الطفرات الصامتة تغيرًا في تسلسل القواعد في جزيء الحمض النووي ، ولكنها لا تؤدي إلى تغيير في تسلسل الأحماض الأمينية للبروتين (الشكل 1).
    • طفرة خطأ: هذا النوع من الطفرات هو تغيير في زوج من قواعد الحمض النووي ينتج عنه استبدال أحد الأحماض الأمينية بآخر في البروتين الناتج عن الجين (الشكل 1).
    • طفرة لا معنى لها: الطفرة غير المنطقية هي أيضًا تغيير في زوج واحد من قواعد الحمض النووي. وبدلاً من استبدال أحد الأحماض الأمينية بآخر ، فإن تسلسل الحمض النووي المتغير يشير قبل الأوان للخلية إلى التوقف عن بناء البروتين (الشكل 1). ينتج عن هذا النوع من الطفرات بروتين قصير قد يعمل بشكل غير صحيح أو لا يعمل على الإطلاق.
    الشكل: بعض الطفرات لا تغير تسلسل الأحماض الأمينية في البروتين. البعض يستبدل حمض أميني بآخر. يقوم آخرون بإدخال كودون الإيقاف المبكر في التسلسل مما يؤدي إلى اقتطاع البروتين.

    شروط البيولوجيا ذات الصلة

    • كروموسوم - جزء من DNA يحمل معلومات وراثية.
    • متماثل - لها نفس الوظيفة أو البنية داخل الجسم ، أو بين نوعين.

    1. الطفرات مثل داء الكريّات المنجلية ، التي يكون لها أحيانًا آثار جانبية مميتة ، لا تنقرض بسبب الانتقاء الطبيعي للأسباب التالية:
    أ. الحكومة تريدهم أن يبقوا.
    ب. تعمل الطفرات خارج الانتقاء الطبيعي. على عكس السمات ، لا يمكن تربيتها.
    ج. أنها توفر مقاومة أو مناعة لأمراض أخرى أكثر خطورة.
    د. الطفرات هي بكتيريا خارقة لا تستطيع الأدوية مكافحتها.

    2. يتم تنفيذ الطفرات في بعض الأحيان على الكروموسومات الجنسية, X و ص. لماذا قد يرث الذكر طفرة تحملها أمه ، على الرغم من أن والدته نفسها لا تعاني من الطفرة؟
    أ. ورث الذكر الطفرة المتنحية عليه X كروموسوم ، بينما ورثت والدته الطفرة المتنحية على أحدهما X الكروموسوم والشكل السائد للجين على الآخر X كروموسوم.
    ب. ورث الذكر الطفرة السائدة في جسمه X كروموسوم ، لأن والدته حملت الطفرة السائدة على كليهما X الكروموسومات.
    ج. ورث الذكر الطفرة السائدة في جسمه ص كروموسوم ، لأن والدته حملت عليها الطفرة السائدة ص كروموسوم.
    د. ورث الذكر الطفرة السائدة في جسمه ص كروموسوم ، لأن والدته حملت عليها الطفرة المتنحية ص كروموسوم.

    3. تعد ذكر قطط كاليكو نادرة للأسباب التالية:
    أ. يتم حمل جين لون الفراء على X كروموسوم ، ويرث حصريًا من الأم. سيتعين على الأم أن تحمل كلاً من جين الفراء البرتقالي وجين الفراء الأسود حتى يكون نسلها الذكر كاليكو.
    ب. يتم حمل جين لون الفراء على X كروموسوم ، والقطط الذكور لديها واحد فقط X كروموسوم. يجب أن يكون للقط الذكر اثنان X الكروموسومات ، أو طفرة متلازمة كلاينفيلتر ، لترث كل من الفراء البرتقالي والأسود.
    ج. يتم حمل جين لون الفراء على X كروموسوم ، ولا ترث ذكور القطط دائمًا X كروموسوم. هذا هو سبب وجود الكثير من ذكور القطط البيضاء.
    د. يتم حمل جين لون الفراء على ص الكروموسوم ، والقطط الذكور لا ترث عادة اثنين ص الكروموسومات. لذلك يجب أن يكون لدى القطة الذكر س ص ص النمط الجيني ليكون كاليكو.


    التحليل الجزيئي لطفرات الإدراج / الحذف في البروتين 4.1 في كثرة الخلايا البيضاوية. ثانيًا. تحديد الأصول الوراثية الجزيئية لإعادة الترتيب.

    قسم الطب المخبري ، جامعة كاليفورنيا ، سان فرانسيسكو 94143.

    قسم الطب المخبري ، جامعة كاليفورنيا ، سان فرانسيسكو 94143.

    اعثر على مقالات بواسطة Marchesi، S. في: JCI | PubMed | منحة جوجل

    قسم الطب المخبري ، جامعة كاليفورنيا ، سان فرانسيسكو 94143.

    قسم الطب المخبري ، جامعة كاليفورنيا ، سان فرانسيسكو 94143.

    قسم الطب المخبري ، جامعة كاليفورنيا ، سان فرانسيسكو 94143.

    قسم الطب المخبري ، جامعة كاليفورنيا ، سان فرانسيسكو 94143.

    اعثر على مقالات بواسطة Mohandas، N. in: JCI | PubMed | منحة جوجل

    البروتين 4.1 هو بروتين هيكلي بوزن 80 كيلو دالتون تقريبًا في الهيكل الغشائي الذي يقوم عليه ويدعم غشاء البلازما في كرات الدم الحمراء. تقدم الورقة المصاحبة السابقة دراسة كيميائية حيوية لنوعين غير طبيعيين من البروتين 4.1 من أفراد يعانون من اضطراب خلايا الدم الحمراء ، وهو كثرة الخلايا البيضاوية الوراثية. هذه المتغيرات ، "البروتين 4.1 (68/65)" و "البروتين 4.1 (95) ،" غيرت الأوزان الجزيئية بسبب عمليات الحذف الداخلية والازدواجية التي يبدو أنها مترجمة حول مجال ربط سبيكترين-أكتين. نحن هنا نستخدم تقنيات تفاعل البوليميراز المتسلسل (PCR) لاستنساخ وتسلسل الحمض الريبي النووي المتماثل للخلايا الشبكية المتحولة ، وربط نقاط نهاية الحذف / الازدواج مع حدود إكسون للجين. يفتقر البروتين 4.1 (68/65) mRNA إلى تسلسلات ترميز مجال ارتباط سبيكترين أكتين المهم وظيفيًا بسبب حذف 240 نيوكليوتيد (nt) يمتد على أكواد Lys407-Gly486. يشفر البروتين 4.1 (95) mRNA بروتينًا بنطاقين من مجالات ربط سبيكترين-أكتين بحكم تكرار 369 nt من الكودونات لـ Lys407-Gln529. تتوافق عمليات الحذف والازدواجية هذه مع عمليات إعادة ترتيب الجينات التي تتضمن ثلاثة إكسونات ترميز 21 و 59 و 43 من الأحماض الأمينية على التوالي. يحتفظ إكسون الحمض الأميني 21 المكرر في الجين 4.1 (95) بنمط التعبير المناسب الخاص بالأنسجة ، حيث يتم تقطيعه إلى الخلايا الشبكية 4.1 مرنا وخروج الخلايا الليمفاوية 4.1 مرنا.

    انقر على الصورة أدناه لرؤية الصفحة. عرض ملف PDF للمقالة كاملة


    التحليل الجزيئي لطفرات الإدراج / الحذف في البروتين 4.1 في كثرة الخلايا البيضاوية. ثانيًا. تحديد الأصول الوراثية الجزيئية لإعادة الترتيب

    البروتين 4.1 هو بروتين هيكلي بوزن 80 كيلو دالتون تقريبًا في الهيكل الغشائي الذي يقوم عليه ويدعم غشاء البلازما في كرات الدم الحمراء. تقدم الورقة المصاحبة السابقة دراسة كيميائية حيوية لنوعين غير طبيعيين من البروتين 4.1 من أفراد يعانون من اضطراب خلايا الدم الحمراء ، وهو كثرة الخلايا البيضاوية الوراثية. هذه المتغيرات ، "البروتين 4.1 (68/65)" و "البروتين 4.1 (95) ،" غيرت الأوزان الجزيئية بسبب عمليات الحذف الداخلية والازدواجية التي يبدو أنها مترجمة حول مجال ربط سبيكترين-أكتين. نحن هنا نستخدم تقنيات تفاعل البوليميراز المتسلسل (PCR) لاستنساخ وتسلسل الحمض الريبي النووي المتماثل للخلايا الشبكية المتحولة ، وربط نقاط نهاية الحذف / الازدواج مع حدود إكسون للجين. يفتقر البروتين 4.1 (68/65) mRNA إلى تسلسلات ترميز مجال ارتباط سبيكترين أكتين المهم وظيفيًا بسبب حذف 240 نيوكليوتيد (nt) يمتد على أكواد Lys407-Gly486. يشفر البروتين 4.1 (95) mRNA بروتينًا بنطاقين من مجالات ربط سبيكترين-أكتين بحكم تكرار 369 nt من الكودونات لـ Lys407-Gln529. تتوافق عمليات الحذف والازدواجية هذه مع عمليات إعادة ترتيب الجينات التي تتضمن ثلاثة إكسونات ترميز 21 و 59 و 43 من الأحماض الأمينية على التوالي. يحتفظ إكسون الحمض الأميني 21 المكرر في الجين 4.1 (95) بنمط التعبير المناسب الخاص بالأنسجة ، حيث يتم تقطيعه إلى الخلايا الشبكية 4.1 مرنا وخروج الخلايا الليمفاوية 4.1 مرنا.


    الملحق الثاني - طفرة مواتية ، ملخص مجلة

    Arterioscler Thromb Vasc Biol 1998 18 أبريل (4): 562-567. "مستويات البلازما PAI-1 في عموم السكان دون دليل سريري على تصلب الشرايين: علاقتها بالمحددات البيئية والجينية" ، بقلم Margaglione M، Cappucci G، d'Addedda M، Colaizzo D، Giuliani N، Vecchione G، Mascolo G، Grandone E ، Di Minno G Unita 'di Trombosi e Aterosclerosi، IRCCS Casa Sollievo della Sofferenza، San Giovanni Rotondo (FG)، Italy.

    ارتبطت مستويات مثبط منشط البلازمينوجين -1 (PAI-1) باستمرار بتعدد الأشكال (4G / 5G) لجين PAI-1. يلعب مسار الرينين-أنجيوتنسين دورًا في تنظيم مستويات البلازما PAI-1. تم ربط تعدد الأشكال (I) / الحذف (D) لجين الإنزيم المحول للأنجيوتنسين (ACE) بمستويات البلازما والخلوية ACE. في 1032 موظفًا (446 رجلاً و 586 امرأة تتراوح أعمارهم بين 22 و 66 عامًا) في مستشفى في جنوب إيطاليا ، قمنا بالتحقيق في الارتباط بين متغيرات الجين PAI-1 4G / 5G ومتغيرات الجين ACE I / D ومستويات مستضد PAI-1 في البلازما. لم يكن لدى أي من الأفراد المسجلين دليل سريري على تصلب الشرايين. في التحليل أحادي المتغير ، كانت مستويات PAI-1 أعلى بشكل ملحوظ عند الرجال (P & lt.001) ، وشاربو الكحول (P & lt.001) ، والمدخنون (P = .009) ، ومتجانسات الزيجوت لأليل حذف الجين PAI-1 (4G / 4G) (ف = .012). وثق التحليل متعدد المتغيرات التأثير المستقل على مستويات البلازما PAI-1 لمؤشر كتلة الجسم (P & lt.001) ، والدهون الثلاثية (P & lt.001) ، والجنس (P & lt.001) ، وتعدد الأشكال PAI-1 4G / 5G (P = .019) ، عادة التدخين (P = .041) ، والنمط الجيني ACE I / D (P = .042). وهكذا ، بالإضافة إلى علامات مقاومة الأنسولين وعادات التدخين ، فإن المتغيرات الجينية لـ PAI-1 و ACE تمثل جزءًا كبيرًا من التباين بين الأفراد لتركيزات مستضد PAI-1 المنتشر في عموم السكان دون دليل سريري على تصلب الشرايين. [نص كامل]


    ملاحظات حول الطفرة: المعنى والحساب التاريخي

    يشبه الأبناء والديهم في جانب واحد أو عدة جوانب ، ولكن هناك اختلافات بين الاثنين. تسمى هذه الاختلافات ، سواء كانت كبيرة أو صغيرة ، الاختلافات. قد تحدث بعض الاختلافات بسبب البيئة ، في حين أن البعض الآخر قد يكون وراثيًا. بشكل عام ، الاختلافات التي تسببها البيئة ليست دائمة ، وبالتالي فهي غير قابلة للتوريث.

    لكن الاختلافات التي تظهر بسبب التغيرات في الآلية الوراثية دائمة وقابلة للتوريث. يُعرف الظهور المفاجئ للتنوع الوراثي الملحوظ في طبيعة أي كائن حي بالمعنى العادي بالطفرة ويطلق على النسل ذات التباين غير العادي في الأحرف اسم طفرات. الفرد أو الخلية الطافرة هي التي يُعزى فيها النمط الظاهري المتغير إلى الجينات أو الجينات الطافرة.

    تم اقتراح العديد من التعريفات الأخرى للطفرة من وقت لآخر من قبل علماء أحياء مختلفين. بعضها كما يلي:

    1. تمت الإشارة إلى الظهور المفاجئ للطابع الوراثي الجديد في سلالات النباتات والحيوانات باسم & # 8216sport & # 8217 أو الطفرة بواسطة داروين.

    2. بالمعنى الواسع ، فإنه يغطي & # 8220 أي تغيير وراثي في ​​التركيب الوراثي & # 8221 (طفرة كبيرة). بالمعنى الضيق ، & # 8220 الطفرة هي تغيير في الجين & # 8221 (micromutation) (Sinnot وآخرون).

    3. وفقًا لباتسون ، فإن & # 8220 التحول هو تباين متقطع & # 8221.

    4. وفقًا لـ De Vries ، & # 8220 الطفرات هي تغييرات وراثية مفاجئة وجذرية لا يمكن تتبعها أو تعزى إلى الفصل أو إعادة التركيب & # 8221.

    5. يصف Stebbins الطفرة على أنها تغير كروموسومي متقطع مع تأثير وراثي. ويذكر كذلك أن التغيير الكروموسومي يشير إلى تغير كيميائي في جزء صغير من الكروموسومات ، وكذلك إلى تغيير في بنيته الفيزيائية.

    6. عرف أماتو وأوتو (1956) الطفرة على أنها تغيير في تكوين وراثة نوع معين.

    ملحوظات # الحساب التاريخي للطفرة:

    لم يُعرف الكثير عن الطفرات قبل القرن التاسع عشر. كان داروين هو أول من لاحظ عدة تغيرات مفاجئة في الكائنات الحية في الطبيعة. أطلق على هذه التغييرات اسم & # 8216sports & # 8217. بعد عدة سنوات من داروين ، لاحظ بيتسون أن بعض الاختلافات لم تكن مستمرة.

    كانت تسمى الاختلافات غير المستمرة. Hugo De Vries (الشكل 22.1) ، أحد الأشخاص الثلاثة الذين أعادوا اكتشاف قوانين Mendel & # 8217s للوراثة ، لاحظ في عام 1901 تغييرات مفاجئة في Oenothera lamarkiana.

    في Oenothera lamarkiana ، تميزت gigas (حجم كبير) ، nanella (قزم) والعديد من التغييرات غير العادية الأخرى ، مثل التغييرات في لون وشكل الزهور من قبله. لاحظ أن الأشكال الجديدة تختلف في المظهر عن الأشكال العادية ويبدو أنها نشأت بأعداد صغيرة في كل جيل.

    على أساس تلك الملاحظات اقترح نظرية عامة لتكوين الأنواع عن طريق التغيرات المفاجئة المتقطعة.

    دعا دي فريس هذه التغييرات المفاجئة إلى الطفرات. نشرت ملاحظاته في كتاب بعنوان. نظرية الطفرة. في الوقت نفسه ، تم الإبلاغ عن العديد من حالات الطفرة الفريدة في الطبيعة ، Ancon sheep (الشكل 22.2) ، وهي واحدة من أكثر حالات الطفرات إثارة للاهتمام والتي لوحظت لأول مرة في إنجلترا.

    كان خروف أنكون قصير الساق (سمة غير عادية). That type appeared suddenly in the flock of sheep, existed for several years and then disappeared.

    Again after eighty years, they reappeared in Norway and since then they are existing in some European countries. Besides these, many other remarkable cases of mutation have been noticed in both plants and animals. In 1904, Morgan reported white eyed Drosophila melanogaster in the population of red eye flies.

    The sudden occurrence of Haemophilia disease in the royal family (Queen Victoria’s family) of England deserves special mention here. Queen Victoria came from a family in which Haemophilia A as not known, but suddenly the disease appeared in some of her sons and subsequently in several sons of her daughters.

    Why did it appear? Perhaps, because something went wrong with the genetic machinery of one of the parents or apparently mutation to Haemophilia took place in germ cells of one of her parents so that she herself was already heterozygous for newly mutated character.

    Notes # Characteristics of Mutation:

    Originally the geneticists were of the opinion that mutations were spontaneous and random in effect, i.e., they were occasionally noticed but this statement seems to be contusive. Mutations may occur in an> cell at any stage of the life of an organism. Mutations occurring in reproductive cells (sperms and ova) are referred to as germinal mutations.

    In sexually reproducing species only the mutations arising in germ cells are transmitted to the future generation. Mutations arising in body cells other than germ cells are called somatic mutations.

    Somatic mutations, as for example, the fatal cancer of blood or the leukaemia, chronic myeloid, etc. arising in the body cells are not inherited as they affect only the mutant individuals and are not transmitted to future generations.

    Asexually propagated species in which somatic mutations occur may become established as mutant strains. Many new varieties of fruit trees have originated as “bud mutations “. In vegetatively propagated mutant plants, the gamete will be either normal or mutant depending on which cell forms germinal tissue.

    A mutation may be dominant or recessive, viable or lethal, sex-linked or autosomal. In diploid species, recessive mutation can produce bud mutation or mosaics only when the individual is heterozygous for the gene in question.

    Mosaic in snapdragon flower, which is half purple and half lavender, sometimes develops on a branch which, in addition to one or more such mosaic flowers, also bears several wholly purple or wholly lavender colour flowers.

    The plant itself was heterozygous for the recessive lavender genes. In some of the cells from which mosaic bud developed the normal allele has mutated to lavender. Dominant mutations may give rise to immediately observable bud, spores or mosaics.

    Mutations are detected when some heritable changes occur in the characters of an organism. Since the characters are governed by genes, any change in them directly reflects the change in the genes (gene mutation). So the relationship between a gene and a character is apparent only due to mutation.

    A gene mutation is also called point mutation. Sometimes, the mutations in genes do not result in any perceptible change in characters. Nevertheless, such changes are important from evolution point of view because they go on accumulating and have a cumulative effect on the phenotype.

    Normally, the original activity of a gene is lost due to mutation and this is the reason why original or wild type genes are dominant and mutant genes are recessive.

    In diploid organisms, for each character there are two genes located on two homologous chromosomes. As the mutation is a random process, the chance of simultaneous mutations in both the genes controlling a particular trait is very remote. If the mutation takes place in one of the two genes governing a particular trait, it results in heterozygosity because the other gene remains unaffected.

    In such a case the mutation may not be immediately expressed because of the presence of the wild or unmutated genes. It may be expressed in later generations in a small number of individuals which are homozygous for mutant gene.

    Recessive mutations perpetuate and are maintained in heterozygous state. In haploids, each character is usually governed by a single gene. So every mutation is expressed in them. Undesirable or unfit mutations are eliminated from the natural populations.

    The mutated gene differs from original one in chemical composition or structure. The mutated gene like the original one must be capable of accurate self-replication in mutated form. Any change away from the standard form is called forward mutation. Sometimes mutant genes change towards the standard form. This is called reverse mutation, reversion or back mutation.

    The truly mutated genes do not show reversion to the original gene. However, there are some rare exceptional cases in which reversion may be observed. Each individual gene mutates only very rarely, perhaps once in 1, 00,000 or once in a million cells but as the number of genes in the majority of the organisms is very high, the overall mutation frequency per generation may be considerable.

    Notes # Types of Mutation:

    Geneticists have classified mutations in different ways according to their convenience.

    Amatto (1950) considered three types of mutation:

    1. Gene mutation (Mutation at gene level),

    2. Chromosomal mutation (Mutation due to changes in the structure of chromosomes) and

    3. Genomatic mutation (Mutation due to change in genome or basic chromosome number).

    Recently Darlington and Mather have classified mutations into the following five types:

    1. Gene mutation (Mutation at gene level)

    2. Structural mutation (change in chromosome structure)

    Of the above mutational classes, numerical mutation and cytoplasmic and plastid mutations are described in separate chapters. Here only structural mutations and gene mutations will be discussed in detail.


    4.1: Origins of Mutations - Biology

    Mutation, Migration, Inbreeding, & Genetic Drift in natural populations

    كيف mutation, الهجرة, inbreeding، و genetic drift interact with selection ? Do they maintain or reduce variation?
    Can they maintain variation at a high level?
    What is their significance in تعداد السكان (short-term) & evolutionary (long-term) biology?

    (1) Mutation / selection equilibrium

    Deleterious alleles are maintained by recurrent mutation.
    A stable equilibrium (where q = 0) is reached
    when the rate of إستبدال (by mutation)
    balances the rate of إزالة (by selection).

    &مجهري = frequency of new mutant alleles per locus per generation
    عادي &مجهري = 10 -6 : 1 in 1,000,000 gametes has new mutant
    _____
    من ثم =(µ / s) [see derivation]

    Ex.: For a recessive lethal allele (س = 1) with a mutation rate of &مجهري = 10 -6
    then = û = (10 -6 / 1.0) = 0.001

    mutational genetic load
    Lowering selection against alleles increases their frequency.
    Medical intervention has increased the frequency of heritable conditions
    في Homo (e.g., diabetes, myopia)
    علم تحسين النسل : modification of human condition by selective breeding
    'positive eugenics': encouraging people with "good genes" to breed
    'negative eugenics': discouraging people with 'bad genes'' from breeding
    e.g., immigration control, compulsory sterilization
    [See: S. J. Gould , " The Mismeasure of Man "]

    Is eugenics effective at reducing frequency of deleterious alleles?
    What proportion of 'deleterious alleles' are found in heterozygous carriers?

    (2pq) / 2q 2 = p/q 1/q (if q << 1)

    لو s = 1 as above, ratio is 1000 / 1 : most of variation is in heterozygotes,
    ليس subject to selection

    (2) Migration / selection equilibrium

    Directional selection is balanced by influx of 'immigrant' alleles
    a stable 'equilibrium' can be reached iff migration rate constant.

    Consider an island adjacent to a mainland, with unidirectional migration to the island.
    The fitness values of the AA, AB، و BB genotypes differ in the two environments,
    so that the allele frequencies differ between the mainland (فم) and the island (فأنا).


    AA AB BB
    دبليو0 دبليو1 دبليو2 ف
    جزيرة 1 1-ر 1-2ر فأنا 0
    البر الرئيسى 0 0 1 فم 1

    ب has high fitness on mainland, and low fitness on island.
    [For this model only, allele أ يكون semi-dominant to allele ب,
    so we use ر for the selection coefficient to avoid confusion]

    م = freq. of new migrants (with ف م) as fraction of residents (with ف أنا)
    if m << t فأنا = (m / t)(qم) [see derivation]

    Gene flow can hinder optimal adaptation of a population to local conditions.

    Ex: Water snakes (Natrix sipedon) live on islands in Lake Erie ( Camin & Ehrlich 1958 )
    جزيرة Natrix خاصة unbanded on adjacent mainland, all النطاقات.
    Banded snakes are non-cryptic on limestone islands, eaten by gulls
    Suppose أ = unbanded ب = banded [AB are intermediate]
    يترك فم = 1.0 ["ب" allele is fixed on mainland]
    م = 0.05 [5% of island snakes are new migrants]
    ر = 0.5 so دبليو2 = 0 ["بanded" trait is lethal on island]
    من ثم فأنا = (0.05/0.5)(1) = 0.05
    و حإكسب = 2pq = (2)(0.95)(0.05) 10%
    أي, about 10% of snakes show intermediate banding, despite strong selection

    => Recurrent migration can maintain a disadvantageous trait at high frequency.

    (3) Inbreeding / selection

    زواج الأقارب is the mating of (close) relatives
    or, mating of individuals with at least one common ancestor

    F ( Inbreeding Coefficient ) = prob. من " الهوية بالنسب ":
    Expectation that two alleles in an individual are
    exact genetic copies of an allele in the common ancestor
    or, proportion of population with two alleles identical by descent

    This is determined by the consanguinity (relatedness) of parents.

    زواج الأقارب reduces حإكسب by a proportion F
    (& increases the proportion of homozygotes). [see derivation]

    f(AB) = 2pq (1-F)
    f(BB) = q 2 + Fpq
    f(AA) = p 2 + Fpq

    Inbreeding affects الطراز العرقى proportions,
    inbreeding does ليس affect allele frequencies.

    Inbreeding increases the frequency of individuals
    with deleterious recessive genetic diseases by F/q [see derivation]

    Ex.: if q = 10 -3 و F = 0.10 , F/q = 100
    => 100-fold increase in f(BB) births

    Inbreeding coefficient of a population can be estimated from experimental data:

    F = ( 2pq - Hobs ) / 2pq [see derivation]

    السابق.: Selander (1970) studied structure of المصحف house mice living in chicken sheds in Texas

    & أمبير ف = 0.374 + (1/2)(0.400) = 0.574

    ثم F = (0.489 - 0.400) / (0.489) = 0.182
    which is intermediate between Ffull-sib = 0.250
    & أمبير F1st-cousin = 0.125

    => Mice live in small family groups with close inbreeding
    [This is typical for small mammals]


    Paradoxes of inbreeding:
    Inbreeding is usually thought of as "harmful":
    inbreeding increase the probability that deleterious recessive alleles
    will come together in homozygous combinations
    "Harmful" alleles are reinforced
    اكتئاب زواج الأقارب : a loss of fitness in the short-term due to
    difficulty in conception, increased spontaneous abortion, pre- & peri-natal deaths
    Ex.: First-cousin marriages in وطي
    Two-fold increase in spontaneous abortion & infant mortality
    Every human carries 3

    Demonsration #2: Selection & inbreeding in small populations

    However, in combination with natural selection, inbreeding can be "advantageous":
    increases rate of evolution in the long-term (ف 0 more quickly)
    deleterious alleles are eliminated more quickly.
    increases phenotypic variance (homozygotes are more common).
    advantageous alleles are also reinforced in homozygous form

    (4) Genetic Drift / selection

    Genetic Drift يكون stochastic q [unpredictable, random]
    (راجع. deterministic q [predictable, due to selection, mutation, migration)

    Sewall Wright (1889 - 1989): " Evolution and the Genetics of Populations "

    Stochastic q > deterministic q in small populations:
    allele frequencies drift more rapidly in 'small' than 'large' populations.

    Drift is most noticeable if s 0و / أو ن small (< 10) [N 1/s]
    genetic variance = ف 2 = (q)(1 - q) / 2N
    if q = p = 0.5, then ف 2 = 1 / 8N

    <> ف drifts between generations ( within population variance النقصان) [ DEMO ]

    eventually, allele is ضائع (q = 0) أو مثبت (q = 1) (if qأنا = 0.5 , 50:50 odds)

    ف drifts among populations ( among population variance increases )
    eventually, half lose the allele, half fix it.

    Ex: [Demonstration #3]
    [Try: q = 0.5, W0 = W1 = W2 = 1.0, and N = 10, 50, 200, 1000
    repeat 10 trials each, note q at endpoint
    ]

    **=> Variation is 'fixed' or 'lost' & populations will diverge by chance <=**

    Evolutionary significance:
    "Gambler's Dilemma" : if you play long enough, you win or lose everything.
    All populations are finite: many are جدا small, somewhere or sometime.
    Evolution occurs on vast time scales: "one in a million chance" is a certainty.
    Reproductive success of individuals in variable: "The race is not to the swift . "

    What happens in the هل حقا long run?

    Effective Population Size (Nه)
    = size of an ' ideal ' population with same genetic variation (measured as ح)
    as the observed 'real' population.
    = The ' real ' population behaves evolutionarily like one of size نه :
    e.g., the population will drift like one of size نه
    loosely , the number of breeding individuals in the population

    انصح three special cases أين نه < or << نobs [the 'count' of individuals]:

    أين نم & أمبير نF are numbers of breeding males & females, respectively.

    "harem" structures in mammals (نم << NF)
    Ex.: if نم = 1 "alpha male" و نF = 200
    من ثم نه = (4)(1)(200)/(1 + 200) 4
    A single male elephant seal (Mirounga) does most of the breeding
    Elephant seals have very low genetic variation

    eusocial (colonial) insects like ant & bees (نF << Nم)
    Ex.: if نF = 1 "queen" و نم= 1,000 drones
    من ثم نه = (4)(1)(1,000)/(1 + 1,000) 4
    Hives are like single small families

    (2) Unequal reproductive success
    In stable population, نoffspring/parent = 1
    "Random" reproduction follows Poisson distribution (N = 1 1)
    (some parents have 0 , most have 1 , some have 2 , a few have 3 or more)

    X نه = Reproductive strategy
    1 1 نobs Breeding success is random
    1 0 2 x نobs A zoo-breeding strategy
    1 & GT1 & lt نobs ك-strategy, as in وطي
    1 >>1 << نobs ص-strategy, as in Gadus

    (3) Population size variation over time

    نه = harmonic mean من ن = inverse of arithmetic mean of inverses
    [a harmonic mean is much closer to lowest value in series]
    ن
    نه = n / [ (1/Nأنا) ] أين نأنا = pop size in أناth generation
    i=1

    Populations exist in changing environments:
    Populations are unlikely to be stable over very long periods of time
    10 -2 forest fire / 10 -3 flood / 10 -4 ice age

    Ex.: if typical ن = 1,000,000 & every 100th generation ن = 10 :
    من ثم نه = (100) / [(99)(10 -6 ) + (1)(1/10)] 100 / 0.1 = 1,000

    Founder Effect & Bottlenecks:
    Populations are started by (very) small number of individuals ( N=2 ),
    or undergo dramatic reduction in size ( N < 10 )).

    Ex.: Origin of Newfoundland moose (Alces):
    2 bulls + 2 cows at Howley in 1904
    [maximum 8 alleles / locus , likely less if single source population]
    [1 bull + 1 cow at Gander in 1878 didn't succeed].

    Population cycles: Hudson Bay Co. trapping records (Elton 1925)
    Population densities of lynx, hare, muskrat cycle over several orders of magnitude
    Lynx cycle appears to "chase" hare cycle

    The effect of drift on genetic variation in populations

    Larger populations are more variable (higher ح) than smaller
    if s = 0 : ح reflects balance between loss of alleles by drift
    and replacement by mutation

    Ex.: if &مجهري = 10 -7 & نه = 10 6 then نه µ = 1 و حإكسب = (0.4)/(0.4 + 1) = 0.29

    But typical حobs 0.20 which suggests نه 10 5
    Most natural populations have a much smaller effective size than their typically observed size.

    Ex.: Gadus morhua in W. Atlantic were confined to Flemish Cap during last Ice Age 8

    10 KYBP
    متدنا sequence variation occurs as "star phylogeny":
    most variants are rare and related to a common surviving genotype
    Carr وآخرون. 1995 estimated نه = 3x10 4 as compared with نob s 10 9
    Effective size is ca. 5 orders of magnitude smaller than observed

    Marshall et al. (2004) showed that " genome-types " at Flemish Cap are distinctive

    Stochastic effects may be as or more important than deterministic processes in long-term evolution.


    شاهد الفيديو: مراجعة و شرح الطفرات أحياء ث مع دكتور كيرو جزء أول (قد 2022).


تعليقات:

  1. Tearly

    أنت تسمح للخطأ. أدخل سنناقشها. اكتب لي في PM.

  2. Thomas

    الرسالة الموثوقة :) ، مغرية ...

  3. Drew

    فكر مفيد جدا



اكتب رسالة