علم الوراثة (الوراثة المندلية) م2

الوراثة المندلية Mendelion genetics
يعد كريكور مندل Gregor Mendel واضع حجر الاساس لعلم الوراثة وهو اول من توصل الى نتائج ذات اهمية في هذا العلم. ولد عام 1822 في اقليم زراعي بتشيكوسلوفاكيا وتوفي عام 1884 , اذ دخل الكنيسة (الدير) صبياً فقيراً، اهتم منذ صباه بدراسة علم الحياة وعلم الرياضيات، التحق عام 1851 في جامعة فينا لدراسة التاريخ الطبيعي، ثم عاد في عام 1854 ليعمل مدرساً للعلوم الطبيعية في مدينة بورن Burnn.
اجرى مندل تجاربه في زراعة نبات البازلاء بين عام 1856 وعام 1863 اذ وضع العديد من قواعد الوراثة والتي يشار اليها الان على انها قوانين الوراثة لمندل . بدأ سنة 1857 بتنفيذ تجاربه على نبات البزاليا Pisum sativum وبسلة الحدائق Garden-pea. فجمع اصنافا" من البزاليا التجارية وذلك لدراسة الاختلافات فيها، وبعد سبع سنوات من التجارب قدم نتائجه والتغيرات التي توصل اليها (قانونيه الشهيرين في كيفية توارث الصفات) وفي عام 1865 القى مندل محاضرتين عن استنتاجاته في اجتماع لجمعية التاريخ الطبيعي في Burnn بعدها نشر نتائج دراسته في مجلة له في العام التالي تحت عنوان تجارب على هجن النبات . ولم يكن مندل كافيا لتعزيز عمله ، ومع ذلك ، أشارت بعض المقالات إلى عمله في تلك الفترة الزمنية التي أساء الكثير فهمها ، ويعتقد عموماً أن مندل قد أظهر فقط ما تم بالفعل والمعروف في الوقت ذاته أن الهجائن تعود في نهاية المطاف إلى شكلها الأصلي ، وتم التغاضي إلى حد كبير عن أهمية التباين وآثارها التطويرية ، وعلاوة على ذلك لم ينظر إلى نتائج مندل بأنها قابلة للتطبيق بشكل عام ، حتى من قبل مندل نفسه الذي يظن أنه لا ينطبق إلا على بعض الأنواع أو أنواع من الصفات ولكنه اخيراً ثبت انه يكون ذو تطبيق عام وهو من المبادئ الأساسية لعلم الأحياء.
الا ان احداً لم يهتم بنتائجه المهمة لانشغال العلماء حين ذاك بآراء دارون في التطور والنشوء. وبقيت طي النسيان اكثر من 34 عاماً الى ان اعيد اكتشافها عام 1900 من قبل ثلاثة علماء كلا على انفراد وهم كارل كورنز Karl Correns (المانيا) و دي فرايز De Vries (هولندا) و فون تشيرماك Von Tschermak (النمسا)، ووجد كل منهم تقرير مندل اثناء مراجعته للمصادر المتعلقة بعمله وأشاروا الى التقرير في بحوثهم التي نشروها عام 1900.

تجارب مندل
اطلع مندل على تجارب تهجين النباتات التي قام بها الباحثون الذين سبقوه في تربية النباتات واستفاد من نتائجهم حيث لجأ منذ البداية على تثبيت الصفة الوراثية المدروسة، وذلك بالتأكيد على نقاوة الصفة من خلال السماح للنباتات بان تلقح نفسها بنفسها لعدة اجيال (جميع الأفراد مشابهة للأبوين) وبذلك يمكن الحصول على سلالة نقية.
واختار مندل البازلاء لتجاربه بسبب وفرة العديد من الأصناف الخاصة المتميزة ، ولأن ذريتها يمكن انتاجها بسرعة وسهولة ، حيث أن نباتات البازلاء المخصبة كانت تتميز بخصائص طول القامة على نحو سلس مع التجاعيد تلك التي تحتوي على بذور خضراء مع تلك التي تحتوي على بذور صفراء وما إلى ذلك. ويمكن اجمال الاسباب التي دعت مندل لاختيار نبات البازلاء Pisum sativum في تجاربه بالاتي:
1- تعدد الصفات المظهرية لهذا النبات.
2- سهولة اجراء عملية زراعته.
3- قصر دورة الحياة، فالبزاليا نبات حولي يكتمل نموه في اقل من عام.
4- نظام الزهرة يضمن التلقيح الذاتي حيث تحتوي على اعضاء التذكير والتأنيث.
5- سهولة اجراء عملية التلقيح الصناعي عند التهجين حيث يمكن بسهولة ازالة الاسدية من الزهرة قبل نضوج حبيبات اللقاح وتلقيحها بحبيبات لقاح من نبات اخر.
6- هجن هذا النبات ذات خصوبة تامة.

قانون مندل الاول Mendelion First Law
اختار مندل سبعة ازواج من الصفات لنبات البزاليا . كما استعمل اعداداً كبيرة من العينات التجريبية، وحصل على اعداد كبيرة من افراد النسل خلافاً لما سبقوه الذين استعملوا اعدادا قليلة من العينات، ركز في كل تجربة على صفة واحدة فقط، كما استعمل معلوماته الرياضية لتفسير نتائجه.
فقد قام مثلا بزراعة بذور البازلاء، لها الصفة النقية لطول الساق وبذور اخرى لها الصفة النقية لقصر الساق. عند تكوين الازهار قام بنشر لقاح من متك نبات طويل الساق على ميسم نبات قصير الساق. كما قام بعكس العملية أي نثر حبوب اللقاح من متك نبات قصير الى ميسم نبات طويل الساق.
وقد ضمن نجاح العملية بقطع اسدية النباتات المنقول اليها حبوب اللقاح، جمع البذور الناتجة من كل نبات ثم زرعها مرة ثانية فوجد ان جميع النباتات طويلة الساق تشبه احد الابوين فقط، ولا تبدي أي اثر لصفة الاب الاخر وهذه (هي صفة الجيل الاول F1)، كما ظهر لمندل ان هذه النتائج لا تعتمد على طبيعة الجنس ذكر ام انثى.
ترك مندل هذه النباتات لكي تتلقح ذاتيا، وضمن ذلك بان غطى الازهار قبل نضجها بأكياس من النايلون حتى لاتصل حبوب لقاح من نباتات اخرى وبعد نضوج ثمارها جمع البذور وزرعها مرة اخرى فوجد ان النباتات الناتجة بعضها قصير وبعضها الاخر طويل وكانت اعدادها 787 سيقانها طويلة و277 سيقانها قصيرة وهي نسبة تقرب من 1:3(1:2.84) وهذه (صفة الجيل الثاني F2) .
كرر مندل الخطوات السابقة وعلى صفات اخرى لنبات البازلاء وهي ما حصل لجميع التزاوجات التي اختارها. وكانت النتائج ظهور صفة واحدة متماثلة لصفة احد الابوين فقط واختفاء الصفة الثانية في الجيل الاول F1 وحصل على نتائج متماثلة اطلق مندل على الصفة التي تظهر في جميع افراد الجيل الاول بالصفة السائدة (المتغلبة) Dominant trait. اما الصفة الاخرى التي لم تظهر في الجيل الاول وظهرت بنسبة 25% تقريبا من افراد الجيل الثاني هذه صفة بقيت كامنة في افراد الجيل الاول اطلق عليها اسم الصفة المتنحية Recessive trait، ومن حسن حظ مندل انه لم يلاحظ وجود أشكال وسطية بين الصفتين التي عمل بها تضريب في افراد الجيل الاول. في حين عند تهجين الجيل الاول مع بعضها للحصول على افراد الجيل الثاني ظهر لمندل افراد تحمل صفة احد الابوين المختفية.
اجرى مندل عد افراد التي حصل عليها في الجيل الثاني (F2) وكرر التجربة لبقية الصفات المدروسة السبعة فوجد انها تقترب من النسبة 1:3 (3 سائدة: 1متنحية) .
لقد اقترح مندل لتفسير نتائجه ان صفة طول الساق ناتجة عن مسبب سائد موجود في الوحدات التناسلية (الكميتات) اسماه العنصر السائد Dominant element او العامل السائد Dominant Factor رمز له بالحرف الكبير(T) . اما صفة النبات ذي السيقان القصيرة ناتجة عن عامل متنحي اسماه العنصر المتنحي Recessive element او العامل المتنحي Recessive Factor ورمز له بالحرف الصغير(t) والتي تشير الى مبدأ وحدة الصفات Principle of unit character فيما بعد استعيض عن كلمة element او العامل factor بكلمة الجين Gene وهي كلمة اغريقية تعني عرف او عنصر ومنها جاءت تسمية العلم الذي يهتم بدراسة كيفية انتقال الصفات الوراثية Genetics .
افترض مندل وجود زوج من العناصر (الجينات-المورثات) لكل صفة وراثية وذلك لان نباتات الجيل الاول تحمل في ذاتها عاملا الصفة السائدة (طويل الساق) الى جانب قصر الساق، مما يدل على وجود زوج من الاليلات (الجينات) السائدة والمتنحية في هذا النبات (نباتات الجيل الاول). اذ لا يمكن ان تظهر الصفة السائدة اذا كانت غير حاوية اليل السيادة، ولا يمكن ان ينتج عن تزاوجها نباتات ذات الصفة المتنحية ان لم تكن حاويةِ الاليل المتنحي. ان كل كميت يمثل جينا (اليل) واحد منها فقط. كعامل الطول وعامل القصر مثلا، اما البيضة المخصبة Zygote المتكونة من اتحاد الكميت الذكري والانثوي والتي تكون الجنين ثم الفرد فإنها تحتوي زوجان (اثنين) فقط.
فاذا كان النمط التركيبي الجيني Genotype هو (TT) فان كل كميت يحمل اليل واحد فقط (T)، اما اذا كان التركيب الوراثي الجيني (tt) فان كل كميت يحمل اليل واحد ايضا (t). واذا كان النمط الجيني بتركيب هجيني (Tt) فان نصف الكميتات تحمل تركيب وراثي (T) والنصف الاخر بصيغة (t).
نستنتج مما تقدم ان الأفراد التي تعود الى سلالة اصيلة التركيب الوراثي نقية تحمل نوعا واحدا من الكميتات وهي تنشأ عن اجتماع كميتات متماثلة لاليلات الصفة Alleles اثناء تكوين البيضة المخصبة Zygote ولذلك تدعى متماثلة الزيجة او الاليلات Homozygous، اما الأفراد الهجينة التي تنتج نوعين مختلفين من الكميتات، وتنشأ في الاصل من اجتماع الكميتات المختلفة الاليلات المتقابلة فتدعى مختلفة الاليلات او الكميتات Heterozygous وينعزل الاليلان عن بعضهما كما في المثال السابق T,t عند تكوين الكميتات وهذا هو قانون مندل الاول الذي يدعى بقانون الانعزال Law of segregation او انعزال الجينات (الاليلات) والذي ينص على : (فردا أي زوج من الجينات تنعزل عن بعضها عند تكوين الكميتات الذكرية والانثوية).
ومن الجدير بالذكر ان المصادفة هي التي تلعب دورا هاما بالنسبة الى قانون الانعزال لهذا يمكن صياغة قانون مندل الاول بالشكل الاتي:-
(اذا تزاوج فردان يختلفان فيما بينهما بزوج من الصفات، فان افراد الجيل الاول (الهجين) تظهر عليهما الصفة السائدة فقط. وفي الجيل الثاني تنعزل الصفات السائدة عن المتنحية بنسبة 3 سائد:1متنحي).

قانون مندل الثاني Mendelion Second Law
يشمل دراسة صفتين وراثيتين مختلفتين (هجين ثنائي) او اكثر أي قانون مندل في الوراثة قانون التوزيع الحر Law of Independent Assortment الذي ينص على ان:-(ازواج الجينات تستقل في انعزالها وتتوزع توزيعاً حراً عند تكوين الكميتات الذكرية والانثوية) أي ان كل زوج من الصفات المختلفة يكون مستقلا في توارثه عن غيره من ازواج الصفات المختلفة. يتم الانعزال الحر للجينات في الجيل الثاني (للأفراد الهجينة التركيب الوراثي) وهذا يتم عندما لا يكون هناك ارتباط وراثي بين العوامل الوراثية (الجينات)، واذا لم تتواجد عوامل اخرى تحول دون الانعزال الحر.
ومن التطبيقات على هذا القانون عن طريق التلقيح لهجائن ثنائية بين فردين من نباتات البازلاء: احدهما طويل الساق احمر الازهار نقي لهاتين الصفتين TTRR، والثاني قصير الساق ابيض الازهار نقي الصفتين ttrr)) فعند اتباع الخطوات التي اتبعها مندل. عن طريق جمع البذور الناتجة وزرعها كانت جميع الطرز المظهرية لأفراد الجيل الاول طويلة الساق حمراء الازهار وهذا يعني ان الصفة السائدة قد ظهرت في هذا الجيل. والسبب في ذلك ان الطرز الجينية لكميتات الابوين كانت (TR) و الاخر (tr). وكما قلنا طويلة الساق حمراء الازهار لوجود الصفة السائدة بين كل زوج من الجينات، وعند ترك افراد الجيل الاول لكي تتلقح ذاتيا واخذت البذور الناتجة عند زراعتها مرة اخرى وجدت الطرز المظهرية بالنسب الآتية: 9 (طويلة الساق حمراء الازهار): 3 (طويلة الساق بيضاء الازهار): 3(قصيرة الساق حمراء الازهار): 1(قصيرة الساق بيضاء الازهار).
ويمكننا متابعة نتائج وراثة ثلاث صفات لنباتات البازلاء، بتلقيح نبات طويل الساق احمر الازهار املس البذور نقي لجميع هذه الصفات والذي يكون بالتركيب الوراثي (TTRRSS) مع نبات اخر قصير الساق ابيض الازهار مجعد البذور نقي لهذه الصفات والذي يكون بالتركيب الوراثي (ttrrss)، فأفراد الجيل الاول تحمل طرازاً مظهرياً واحداً (طويل الساق حمراء الازهار ملساء البذور) بتركيب جيني TtRrSs وعند ترك افراد الجيل الاول تلقح ذاتيا فإننا نتوقع طرز جينية مختلفة لكميتات هي trs, trS, tRs, Trs, tRS, TrS, TRs, TRS وعليه سيكون هنا 64 احتمال لاتحاد هذه الكميتات وتكون النسبة المظهرية التقليدية الناتجة من التزاوج( 27 : 9 :9 : 9 :3 : 3 : 3 : 1 ).
اما النسبة المظهرية التقليدية الناتجة من التزاوج بين تركيبين وراثيين كلاهما هجين ثنائي فهي 1:3:3:9 وهذه النسبة تظهر طالما ان العلاقة بين الاليلات في كل موقع هي علاقة سيادة وتنحي، ويمكن ان تتحور هذه النسبة اذا كان احد الموقعين او كلاهما به اليلات ذات سيادة غير تامة او مشتركة او به اليلات مميتة ويمكن تلخيص هذه النسب المظهرية المحورة كما في الجدول .
الجدول : يبين نسب الهجن الثنائية المحورة
النسب المظهرية المتوقعة في البالغين العلاقات الاليلية في الآباء
الموقع الثاني الموقع الاول
3:6:3:1:2:1 سيادة تعادلية سيادة وتنحي
1:2:1:2:4:2:1:2:1 سيادة تعادلية سيادة تعادلية
3:1:6:2 مميت متنحي سيادة وتنحي
1:2:1:2:4:2 مميت متنحي سيادة تعادلية
4:2:2:1 مميت متنحي مميت متنحي

بعض المصطلحات العلمية
1- الطرز الظاهري Phenotype
الطراز الظاهري هو أي صفة واضحة وقابلة للتقدير وموجودة في أي كائن. وقد تكون هذه الصفة واضحة للعين، مثل لون الزهرة او قوام الشعر، او قد تحتاج الى اختبارات خاصة لاظهارها فمثلاً لتعيين فصائل الدم يستعمل الاختبار السيرولوجي. فالطراز الظاهري هو محصلة نواتج الجين المعبر عنها في بيئة معينة.
2- الطراز الوراثي Genotype
تشكل كل الجينات التي يحتويها أي فرد تركيبة الوراثي الذي يتضمن اليلات لموقع واحد:
أ- التركيب الاصيل :
ينتج من اتحاد كاميتين يحملان اليلات متطابقة لتركيب وراثي اصيل والفرد الاصيل ينتج نوعا واحدا من الكاميتات.
ب-النسيلة النقية :
مجموعة الأفراد التي لها اساس وراثي مماثل كما يرمز لها ايضاً بـ (سلالة او صنف او قطيع). وعادة ما ينتج الاخصاب الذاتي او التزاوج لأجيال عديدة بين افراد شديدة القرابة (التربية الداخلية) عشيرة اصيلة في معظم المواقع تقريبا كما ان التزاوج بين الأفراد الاصيلة التابعة لنسيلة نقية ينتج فقط نسلا اصيلا مثل الاباء. وعلى ذلك فإننا نقول ان النسيلة النقية صادقة التوالد.
ج- التركيب الخليط (الهجين) :
وهو التركيب الذي ينتج من اتحاد الكاميتات التي تحمل اليلات مختلفة كما تنتج عنه انواعاً مختلفة من الكاميتات .
3- الاليل السائد والمتنحي Dominant and Recessive Allel
ان لكل عامل من عوامل الصفات صورتان تحتلان نفس الموقع على كروموسومين متماثلين ويسمى كل فرد من هذه الصور اليل ويسمى الاليل سائدا اذا امكنه التعبير عن نفسه مظهريا في الحالة الخليطة، كما في الحالة النقية اما الاليل الذي لا يظهر تعبيره المظهري الا في تركيب وراثي اصيل يسمى الاليل متنحيا.
4- السيادة Dominance
هي قدرة احد الاليلات على اخفاء وجود الاليل الاخر لنفس الجين (الموروثة) في الحالة الخليطة Heterozygous وبذلك يظهر في الفرد المختلف العوامل الصفة التي يظهرها العامل السائد تماما كما في الفرد المتماثل العوامل السائدة أي ان قوة الاليل السائد في الفرد المختلف العوامل مساوية لقوة الاليلين السائدين، ولا يظهر أي تأثير للاليل المتنحي في الفرد الخليط، والسيادة وقد تكون:
أ- سيادة تامة Complete dominance
وهي الحالة التي يكون فيها الفرد المختلف العوامل والفرد المتماثل العوامل السائدة متساوية في اظهار الصفة فنحصل في الجيل الثاني على النسبة 3 سائد: 1 متنحي في حالة زوج واحد من العوامل. اما في حالة زوجين من العوامل فتكون النسبة 1:3:3:9.
ب- سيادة غير تامة Incomplete dominance
وهي الحالة التي يكون فيها اختلاف الفرد المختلف العوامل عن الفرد المتماثل العوامل من درجة بسيطة جدا الى درجة واضحة جدا وفيها تتحور النسبة المندلية من 1:3 الى النسبة 1:2:1 بسبب اختلاف التركيب الوراثي (مختلف العوامل الخليط) عن التركيب الوراثي متماثل العوامل السائدة في الشكل الظاهري.
ج- فوق السيادة Over dominance
وهي الحالة التي فيها يسبب الفرد المختلف العوامل تعبيراً زائداً عن الصفة مقارنة بالأفراد المتماثلة العوامل السائدة او المتنحية. فمثلاً في ذبابة الفاكهة يسبب متباين الزيجة (الفرد الخليط) بالنسبة للون العين Ww زيادة في كميات الصفات التآلفية عن متماثل الزيجة ww او WW .
د- السيادة المشتركة (انعدام السيادة) Co-dominance
وهي الحالة التي يظهر فيها الشكل الظاهري للفرد الخليط تأثير كلا الاليلين وليست هناك أي علاقة سيادة بين الاليلين اذ يكون الشكل الظاهري للفرد الخليط حاوياً للمنتج الجيني لكلا الاليلين. فمثلاً في الانسان يكون الاليل IA لمجموعة الدم A سائداً مشتركاً مع الاليل IB لمجموعة الدم B وعليه يكون الفرد الخليط بينهما هو IAIB.