ما هو تعدد الأشكال؟ (مع أمثلة) - مادة الاحياء - 2025

و متعدد النمط الظاهري هو ظاهرة وراثية فيه التعبير عن الجينات في الفرد يؤثر على التعبير المظهري من الأحرف أخرى غير ذات صلة. من ناحية أصل الكلمة ، تعني تعدد الأشكال "المزيد من التغييرات" أو "العديد من التأثيرات": أي تأثيرات أكثر مما هو متوقع من التعبير عن جين واحد. يُعرف أيضًا باسم polyphenia (العديد من الأنماط الظاهرية) ، ولكنه مصطلح نادر الاستخدام.

كانت إحدى ظواهر الوراثة التي أربك علماء الوراثة أكثر خلال فترة الطفولة لهذا العلم هي الطفرات التي أثرت على أكثر من شخصية واحدة.

في البداية كان يعتقد أن كل شخصية يتحكم فيها جين واحد. ثم أدركنا أن مظهر الشخصية قد يتطلب مشاركة أكثر من جين واحد.

ومع ذلك ، فإن الأمر الأكثر إثارة للدهشة هو أن جينًا واحدًا يمكن أن يؤثر على مظهر أكثر من سمة وراثية واحدة ، والتي هي أساسًا ما يعرف تعدد الأشكال.

بشكل عام ، عندما يتم إثبات تعدد الأشكال ، يكون من الأنسب القول أن الجين المسؤول له تأثيرات متعددة الاتجاهات من أن الجين متعدد الاتجاهات.

على الرغم من عدم التزام الجميع بهذه الاتفاقية ، فمن المهم ملاحظة أن الجين متعدد الاتجاهات يشفر سمة معينة وليس تعدد الأشكال في حد ذاته.

وبخلاف ذلك ، فإن "الحالة الطبيعية" لن تكون أكثر من مظهر متعدد الاتجاهات لعمل أليل بري لجين معين على الآخرين. ومع ذلك ، هذا خطأ وراثيا.

التاريخ

تم استخدام مصطلح تعدد الأشكال لأول مرة من قبل عالم الوراثة الألماني المسمى Ludwig Plate في عام 1910. استخدم الصفيح المصطلح لشرح ظهور العديد من السمات المظهرية المختلفة التي تحدث دائمًا معًا ويمكن أن تبدو مترابطة. ووفقًا له ، فإن هذه الظاهرة ، عند حدوثها ، ترجع إلى وحدة الميراث متعدد الاتجاهات.

ألماني آخر ، هانز جرونبيرج ، قسم تعدد الأشكال إلى "أصيل" و "زائف". الأول تميز بظهور منتجين أساسيين متميزين من مكان واحد.

والثاني ، وفقًا لهذا المؤلف ، يشير إلى منتج أساسي واحد تم استخدامه بطرق مختلفة. اليوم ، تم تجاهل معنى Gruneberg لتعدد الأشكال الحقيقي ، في حين يُنظر إلى تعدد الأشكال الزائف ببساطة على أنه تعدد الأشكال.

تم إجراء تقسيم آخر لمفهوم تعدد الأشكال بواسطة إرنست هادورن ، الذي أشار إلى وجود نوعين من تعدد الأشكال: الفسيفساء والعلائقية. يحدث الأول عندما يقوم الجين بتشفير المعلومات التي تؤثر على صفتين ظاهرتين مختلفتين.

من ناحية أخرى ، يحدث تعدد الأشكال العلائقية عندما يحدد الجين بدء أحداث مختلفة مرتبطة ببعضها البعض والتي ستؤثر على سمات مستقلة متعددة.

أشار كاسر وبيرنز ، من جهتهما ، إلى أن أي اختلاف في أي جزء من الجينوم يؤثر على جميع السمات بدرجات مختلفة ، سواء بشكل مباشر أو غير مباشر. تُعرف هذه الفكرة باسم تعدد الأشكال العالمي.

أمثلة على الجينات ذات التأثيرات متعددة الاتجاهات

تعدد الأشكال ، كونها ظاهرة تصف بعض عواقب التفاعل بين منتجات الجينات ، هي ظاهرة عالمية.

تمتلك الفيروسات ، وكذلك جميع الكائنات الحية ذات الطبيعة الخلوية ، جينات تكون منتجاتها مهمة لإظهار الشخصيات الأخرى. هذه الجينات ، التي تتميز أليلاتها البرية والمتحولة بتأثيرات متعددة الاتجاهات ، لها طبيعة مختلفة.

- الجين الأثري في ذبابة الفاكهة

في ذبابة الفاكهة (ذبابة الفاكهة) ، يحدد الجين الأثري مستوى تطور الأجنحة. عندما يتم توريث هذا الجين من كلا الوالدين ، فإن الذبابة المنحدرة ستظهر أجنحة أثرية ولن تكون قادرة على الطيران.

ومع ذلك ، لن تكون هذه هي الآثار الوحيدة للجين الأثري. هذا الجين متعدد الاتجاهات ويؤدي وجوده أيضًا إلى انخفاض عدد البيض في مبيض الذبابة. كما أنه يعدل عدد وترتيب الشعيرات في الصدر ويقلل من العمر الافتراضي.

- التصبغ والصمم في القطط

الجين الذي يشفر معلومات التصبغ في القطط هو جين متعدد الاتجاهات. نتيجة لذلك ، فإن نسبة عالية إلى حد ما من القطط ذات الفراء الأبيض والعيون الزرقاء صماء أيضًا

حتى القطط البيضاء التي لها عين زرقاء وعين صفراء تصم فقط في الأذن الموجودة على نفس جانب رأس العين الزرقاء.

تعدد الأشكال في القطط. القط الأبيض مع تغاير اللون. مأخوذة وتحرير من: Keith Kissel ، عبر ويكيميديا ​​كومنز.

- فراخ مع ريش مجعد

في الدجاج ، ينتج الجين السائد تأثير الريش المتطاير. وقد ثبت أن هذا الجين له تأثير متعدد الاتجاهات لأنه يظهر تأثيرات نمطية أخرى: زيادة معدلات التمثيل الغذائي ، وزيادة درجة حرارة الجسم ، وزيادة استهلاك الغذاء.

بالإضافة إلى ذلك ، يُظهر الدجاج الذي يحمل هذا الجين تأخرًا في النضج الجنسي وانخفاض الخصوبة.

-في البشر

متلازمة مارفان

تشمل أعراض هذه المتلازمة: ارتفاع حجم الجسم بشكل غير عادي ، واضطرابات القلب المتصاعدة ، وخلع عدسة العين ، واضطرابات الرئة.

ترتبط كل هذه الأعراض ارتباطًا مباشرًا بطفرة جينية واحدة. هذا الجين ، المسمى FBN1 ، متعدد الوجوه ، حيث أن وظيفته هي ترميز بروتين سكري يستخدم في الأنسجة الضامة في أجزاء مختلفة من الجسم.

متلازمة هولت أورام

المرضى الذين يعانون من هذه المتلازمة لديهم تشوهات في عظام الرسغ وعظام أخرى في الأطراف الأمامية. بالإضافة إلى ذلك ، يعاني حوالي 3 من كل 4 مرضى بهذه المتلازمة من مشاكل في القلب.

متلازمة نيميغن

يتميز بحقيقة أن أولئك الذين يعانون منه يعانون من صغر الرأس ، ونقص المناعة ، واضطرابات النمو ، والميل للإصابة بسرطان الليمفاوية وسرطان الدم.

- بيلة فينيل كيتون

تحدث حالة معروفة من التأثير متعدد الاتجاهات بسبب الأليلات الطافرة المسؤولة عن بيلة الفينيل كيتون.

Phenylketonuria ، وهو مرض استقلابي ، ناتج عن طفرة في جين واحد يرمز لإنزيم فينيل ألانين هيدروكسيلاز. إن إنزيم متحولة غير نشط غير قادر على تكسير الحمض الأميني فينيل ألانين ؛ عندما يتراكم هذا ، يصبح الكائن الحي مخمورا.

لذلك ، فإن التأثير الذي لوحظ في الأفراد الذين يحملون نسختين من الجين الطافر متعدد (متعدد الاتجاهات).

سبب المرض أو المتلازمة هو قلة النشاط الأيضي الذي يسبب الطفح الجلدي والاضطرابات العصبية وصغر الرأس والجلد الفاتح والعيون الزرقاء (بسبب نقص إنتاج الميلانين) وما إلى ذلك من خلال طرق مختلفة.

لا يتحور بالضرورة أي من الجينات المشاركة في المظهر المتغير لهذه السمات الأخرى.

- مسارات التمثيل الغذائي الأخرى

من الشائع جدًا الحالة التي تشترك فيها العديد من الإنزيمات أو تستخدم نفس العامل المساعد لتكون نشطة. هذا العامل المساعد هو المنتج النهائي للعمل المنسق للعديد من البروتينات الأخرى التي تشارك في مسار التخليق الحيوي هذا.

إذا تم إنشاء طفرة في أي من الجينات التي ترمز لبروتينات هذا المسار ، فلن يتم إنتاج العامل المساعد. سيكون لهذه الطفرات تأثير متعدد الاتجاهات ، حيث لا يمكن لأي من البروتينات التي تعتمد على العامل المساعد أن تكون نشطة أن تكون نشطة ، على الرغم من أن جيناتها تعمل بشكل مثالي.

الموليبدينوم

في كل من بدائيات النوى وحقيقيات النوى ، على سبيل المثال ، الموليبدينوم ضروري لعمل بعض الإنزيمات.

الموليبدينوم ، لكي يكون مفيدًا بيولوجيًا ، يجب أن يتداخل مع جزيء عضوي آخر ، نتاج عمل العديد من الإنزيمات في مسار أيضي معقد.

بمجرد تكوين هذا العامل المساعد المعقد مع الموليبدينوم ، سيتم استخدامه بواسطة جميع البروتينات الموليبدوبروتينات لكل ممارسة وظيفتها الخاصة.

إن التأثير متعدد الاتجاهات في الطفرة التي تمنع تخليق عامل الموليبدوكوفاكتور سوف يتجلى ليس فقط في غيابه ، ولكن أيضًا في فقدان النشاط الأنزيمي لجميع أنزيمات الموليبد للفرد الذي يحمل الطفرة.

- اعتلال اللامينات

الصفيحة النووية هي شبكة معقدة داخل النواة ، ترتبط ديناميكيًا بغشائها الداخلي. تنظم الصفيحة النووية بنية النواة ، والفصل بين euchromatin و heterochromatin ، والتعبير الجيني ، وكذلك تكرار الحمض النووي ، من بين أمور أخرى.

تتكون الصفيحة الأساسية من عدد قليل من البروتينات المعروفة مجتمعة باسم اللامينين. نظرًا لأن هذه بروتينات هيكلية يتفاعل معها العديد من الأشخاص الآخرين ، فإن أي طفرة تؤثر على جيناتك سيكون لها تأثيرات متعددة الاتجاهات.

ستظهر التأثيرات متعددة الاتجاهات للطفرات في جينات اللامينين كأمراض تسمى اعتلال الصفيحة.

وهذا يعني أن اعتلال الصفيحة هو المظهر متعدد الاتجاهات الناتج عن الطفرات في جينات اللامينين. تشمل المظاهر السريرية لاعتلال الصفيحات ، على سبيل المثال لا الحصر ، Progeria ، وضمور عضلي Emery-Dreifuss ، ومجموعة من الحالات الأخرى.

- منظمات النسخ

الجينات الأخرى التي تؤدي طفراتها إلى ظهور العديد من التأثيرات متعددة الاتجاهات المختلفة هي تلك التي ترمز لمنظم النسخ.

هذه هي البروتينات التي تتحكم بشكل خاص في التعبير الجيني ؛ هناك جهات أخرى منظمة عامة للنسخ. على أي حال ، فإن غياب هذه المنتجات يحدد أن الجينات الأخرى لم يتم نسخها (أي لم يتم التعبير عنها).

الطفرة التي تحدد غياب أو خلل منظم النسخ العام أو المحدد سيكون لها تأثيرات متعددة الاتجاهات في الكائن الحي ، حيث لن يتم التعبير عن أي جين تحت سيطرتها.

تعدد الأشكال وعلم التخلق

لقد أدى اكتشاف آليات التغيير في التعبير الجيني التي لا تعتمد على التغيرات في تسلسل الجينات النيوكليوتيدية (علم التخلق) إلى إثراء رؤيتنا لتعدد الأشكال.

أحد الجوانب الأكثر دراسة في علم التخلق هو عمل microRNAs الذاتية. هذه هي نتاج نسخ الجينات المسماة mir.

يؤدي نسخ جين مير إلى ظهور الحمض النووي الريبي الذي ، بعد معالجته ، يعمل في السيتوبلازم باعتباره رنا صغير معطل.

تسمى هذه RNAs RNAs الصغيرة لأن لديها القدرة على أن تكون مكملة لاستهداف RNAs الرسول. بالانضمام إليهم ، ينحط الرسول ولا يتم التعبير عن الشخصية.

في بعض الحالات ، يمكن لهذا الجزيء الصغير أن يرتبط بأكثر من مرسال مختلف ، مما يؤدي بالطبع إلى تأثير متعدد الاتجاهات.

تعدد الأشكال والشيخوخة

يمكن أن يكمن تفسير الأسباب الطبيعية للشيخوخة في تأثير الجينات متعددة الاتجاهات. وفقًا للفرضية التي طرحها جي سي ويليامز ، فإن الشيخوخة هي نتيجة لما أسماه تعدد الأشكال العدائي.

إذا كانت هناك جينات يكون لمنتجاتها تأثيرات معادية في مراحل مختلفة من حياة الكائن الحي ، فيمكن أن تساهم هذه الجينات في الشيخوخة.

إذا ظهرت الآثار المفيدة قبل التكاثر والآثار الضارة بعدها ، فسيتم تفضيلها عن طريق الانتقاء الطبيعي. لكن بخلاف ذلك ، فإن الانتقاء الطبيعي سيعمل ضد تلك الجينات.

وبهذه الطريقة ، إذا كانت الجينات متعددة الوجوه حقًا ، فإن الشيخوخة ستكون حتمية ، لأن الانتقاء الطبيعي سيعمل دائمًا لصالح الجينات التي تفضل التكاثر.

تعدد الأشكال والانتواع

الانتواع الودي هو نوع من أنواع الانتواع يحدث بدون حواجز جغرافية بين السكان. يبدو أن هذا النوع من الانتواع تفضله الطفرات متعددة الاتجاهات.

تُظهر نماذج المحاكاة الرياضية التي طورها كوندراشوف أن العزلة الإنجابية بين المجموعات المتعاطفة يمكن أن تحدث بسبب ظهور سمات كمية مهمة بيئيًا تحت الانتقاء التخريبي.

تشير هذه النماذج نفسها إلى أن هذه السمات يجب أن تكون مرتبطة بالجينات متعددة الاتجاهات. إذا كانت التغييرات ناتجة عن عدة جينات ، وليست متعددة الاتجاهات ، فإن إعادة تركيب الجينات أثناء التكاثر سيمنع الانتواع. تعدد الأشكال من شأنه تجنب الآثار التخريبية لإعادة التركيب.

تعدد الأشكال والتكيف

الأرض تتغير باستمرار. يجب أن تتغير الكائنات الحية باستمرار للتكيف مع الظروف الجديدة. هذه التغييرات تؤدي إلى ما يعرف بالتطور.

يجادل العديد من المؤلفين بأن التطور يؤدي إلى زيادة تعقيد الكائنات الحية. يمكن أن يكون هذا التعقيد شكليًا ، حيث يمكن أن تتطور شخصية معينة بشكل مستقل عن شخصية أخرى في ظل ظروف بيئية محددة.

ومع ذلك ، كلما أصبحت الكائنات الحية أكثر تعقيدًا ، تتباطأ قدرتها على الاستجابة للتغيرات. هذا ما يسمى "التكلفة التطورية للتعقيد".

ترى النماذج الرياضية أن التكيفات الناتجة عن التغيرات في الجينات متعددة الاتجاهات ستكون أقل تكلفة تطوريًا من تلك الناتجة عن التغيرات في الأحرف المشفرة بواسطة الجينات الفردية.

المراجع

1. بروكر ، آر جيه (2017). علم الوراثة: التحليل والمبادئ. ماكجرو هيل للتعليم العالي ، نيويورك ، نيويورك ، الولايات المتحدة الأمريكية.
2. Goodenough ، UW (1984) علم الوراثة. شركة دبليو بي سوندرز المحدودة ، فيلادلفيا ، بنسلفانيا ، الولايات المتحدة الأمريكية.
3. Griffiths، AJF، Wessler، R.، Carroll، SB، Doebley، J. (2015). مدخل إلى التحليل الجيني (11 ^تشرين إد). نيويورك: دبليو إتش فريمان ، نيويورك ، نيويورك ، الولايات المتحدة الأمريكية.
4. Ho، R.، Hegele، RA (2018) التأثيرات المعقدة لطفرات اعتلال الصفيحة على البنية والوظيفة النووية. علم الوراثة السريرية ، دوى: 10.1111 / cge.13455.
5. لوبو ، آي (2008). تعدد الأشكال: يمكن أن يؤثر جين واحد على سمات متعددة. تربية الطبيعة 1:10.
6. Stitzer، MC، Ross-Ibarra، J. (2018) تدجين الذرة والتفاعل الجيني. عالم النبات الجديد ، 220: 395-408.