المؤشر الوراثي genetic marker، هوجين أوهوتتالي معلوم من الحمض الريبي النووي المنقوص الأكسجين (الدنا)، مثلاً: مورثة أوجزء من مورثة، له وضع محدد في أحد صبغيات الجينوم (المجين) ومرتبط بنمط مظهري معين، يستعمل تقنية وراثية لمتابعة بعض الصفات والأمراض الوراثية.

خلفية

من المعروف حتى بعض بتر الدنا التي تتوضع بجانب بعضها بعضاً تميل إلى حتى تُورث معاً إلى العضوية التالية، وهذه الخاصية تُمكِّن من استعمال مؤشر بغية تحديد طراز وراثي محدد لمورثة لم يتم تحديدها بعد.

يجب حتىقد يكون تحديد هوية المؤشرات الوراثية سهلاً، وأن تكون مرتبطة مع مسقط وراثي محدد، كما يجب حتى تكون متعددة الأشكال إلى حدّ كبير؛ لأن متماثلات الزيجوت لا توفر أي معلومات، ويمكن تحري المؤشر مباشرة بدراسة تتاليات (الدنا) الخاصة به، أوغير مباشرة بعمل الأنزيمات. وبافتراض نسبة اجتياز وراثي قدرها 10%، فإن العلاقة بين المؤشر والمورثة المذكورين تصبح 90% و10% في النسل الناتج من هذا المثال:

إذا احتوت الخرائط الوراثية (الخرائط الصبغية) على عدد كبير من المؤشرات فإن تحديد المؤشرات المناسبة لمورثة مرغوبة يصير أكثر سهولة.

الأنواع

التوابع الوراثية الدقيقة

التوابع الوراثية الدقيقة genetic microsatellites، التابع الوراثي هوبترة قصيرة من الدنا DNA مؤلفة غالباً من أقل من 150 زوجاً من القواعد base pair مكررة عدة مرات في جينوم كائن حي. وتهجرز عدة بتر مكررة في الموضع locus نفسه. قد يحدث التتالي المكرر repeated sequence في تابع وراثي بسيطاً جداً مؤلف من 2ـ4 نوكليدات، أويمكن حتى تتكرر منعشرة إلى 100 مرة. أول توابع وراثية حددت هويتها كانت نوكليوتيدات ثنائية dinucleotides سميت تكرارات "Ka-Ka" "Ka-Ka" repeats المكررة أو«…CACACACACA» وهي مكررة كثيراً في الجينوم البشري وجينومات أخرى على مسار جميع عدة آلاف من أزواج القواعد. وتتعلق قابلية التغييرvariability و«دينمية» تكرار نوكليوتيد ثنائي بالقدsize، فالبتر المؤلفة من 10ـ15 زوجاً تتكرر من دون انقطاع وتكون غالباً متعددة الأشكال، وتكون البتر الكبرى متعددة الأشكال على نحوأكثر. ويوضح المثال التالي تسلسل تابع وراثي نوعي مشتق من الأوركيد Orchid؛ حيث تتألف الوحدات المكرّرة من نوكليوتيدات ثلاثية GAT (11) مرة وCAT (9) مرات كما هومبين في الشكل (2).

يختلف عدد المكررات في مسقط محدد اختلافاً كبيراً بين أفراد الأنواع؛ ولذا يمكن استعمال تتالي التوابع الوراثية لإجراء البصمة الوراثية[ر] genetic fingerprint وفحص الأبوة paternity testing.

تتاليات النوويدات الأحادية

تتاليات النوويدات الأحادية single nucleotide polymorphisms (snps): وهي تتاليات من الدنا DNA sequences تتكون حينما يتغير نوويد واحد (A أوT أوC أوG) في تتالي الجينوم، مثلاً: تغير التتالي AAGGدعوة للعملA إلى ATGGدعوة للعملA. يجب حتى يحدث التغير في 1% من المجموع population على الأقل؛ ليعدّ من تتاليات النوويدات الأحادية. ويمكن لتتاليات النوويدات الأحادية حتى تتوضع ضمن المناطق المرمِّزة regions coding للمورثات وغير المرمِّزة noncoding من الجينوم. تؤلف تتاليات النوويدات الأحادية حتى 90% من الاختلافات الوراثية البشرية، وتحدث جميع 100ـ300 زوج على امتداد الجينوم البشري المكوَّن من نحوثلاثة مليارات قاعدة، وتتضمن استبدال السيتوزين بالتيمين في اثنين من جميع ثلاثة تتاليات نوويدات أحادية.يمكن للتغيرات في تتاليات الدنا البشرية حتى تؤثر في كيفية استجابة البشر للأمراض والجراثيم bacteria والفيروسات virus والمواد الكيمياوية chemicals والأدوية drugs، وغيرها، في حين لا يمتلك كثير من تتاليات النوويدات الأحادية آثاراً تذكر على وظائف الخلايا. وهذا مما يجعل لهذه التتاليات أهمية كبيرة في البحوث الحيوية الطبية وفي بحوث تطوير منتجات صيدلانية، أوفي التشخيص الطبي. كما حتى هذه التتاليات هي عادة ثابتة من جيل إلى آخر، مما يسهل تتبعها في البحوث الخاصة بها.

طرق تحديد المؤشرات الوراثية

يستعمل تفاعل البوليميراز التسلسلي polymerase chain reaction لتضخيم التوابع الوراثية الدقيقة بغية تحديدها، وتستعمل كمية صغيرة من الدنا تجرى عليها عملية تمسخ denaturation في درجة حرارة عالية مما يؤدي إلى فصل طاق الدنا المزدوج، يتبعه توضّع مشرع primer لقاء جميع طاق، وتجرى عملية تهجين hybridization متبوعة بعملية تمديد extension تؤدي إلى إنتاج كمية كافية من الدنا تفحص بالرحلان الكهربائي electrophoresis على هلامة آغاروزagarose أوأكريلاميد acrylamide. مع ازدياد استعمال تفاعل البوليميراز التسلسلي؛ فإن تحديد مواضع التوابع الوراثية الدقيقة بالمشرع صار بسيطاً وسهل الاستعمال.

للمؤشرات الوراثية أهمية كبيرة في الأبحاث الحيوية الطبية وفي تطوير المنتجات الصيدلانية. ولأنها لا تتغير كثيراً من جيل إلى آخر؛ فإن تتبعها هوأمر سهل ومباشر كما أنها مهمة في برامج تربية المحاصيل الحقلية والماشية وغيرها.

الاصطفاء المدعوم بالمؤشر

يتوقف نجاح الاصطفاء للصفات البسيطة على فهم التراكيب الوراثية للآباء التي ستُنتِج الجيل التالي. ويصير ذلك أكثر صعوبة طالما عدم توافر معلومات كافية عنها. ومن جهة أخرى؛ فإن الاصطفاء من أجل (أوضد) أليل وراثي معين ـ ولاسيما حينما تكون السيادة كاملة ـ سيكون أفضل إذا توافرت تقنية لتعهد التراكيب الوراثية للآباء قبل استخدامها في التلقيح. ومن أمثلة ذلك تقنية الاصطفاء المدعوم بالمؤشر marker-assisted selection. وقد لاتكون المؤشرات هي المورثات التي تُرمِّز للصفات الاقتصادية؛ ولكنها تستخدم لتحديد المورثات المهمة، ويؤمل حتى يمكن تحديد أفضل الطرائق لاستخدامها في تطوير برامج تربوية مناسبة في المستقبل القريب.

يمكن القول (ولونظرياً): إذا الاصطفاء المدعوم بالمؤشر هوأمر ممكن بالنسبة إلى الصفات الكمية التي يتحكم فيها عدد كبير من المورثات، مثل صفات النمووإنتاج الحليب وعدد المواليد وغيرها.

يكون الاصطفاء المدعوم بالمؤشر أكثر دقة حينما تكون نسب العبور بين المؤشر والمورثة منخفضة جداً (أي عندماقد يكون المؤشر والمورثة مرتبطين معاً بشدة). وإن أفضل المؤشرات هي أليلات المورثات المرغوبة أوأجزاء من الدنا ضمنها، ففي هذه الحالة لا يُشكِّل العبور أيّ مشكلة. ويعمل الباحثون في الوراثة الجزيئية على تطوير ما يسمى بخرائط المورثات gene maps (أوالخرائط الارتباطية أوالصبغية linkage or chromosome maps) للأنواع الحيوانية؛ مما سيؤدي إلى تبسيط إمكانات تحديد المؤشرات والمورثات المرتبطة معاً ارتباطاً قوياً. وحدثا ازداد عدد المؤشرات المحددة على خريطة من هذ النوع فإن فرص ارتباط مورثة مع مؤشر ما تصبح أكبر. وإذا ما احتوت الخرائط الوراثية على عدد كبير من المؤشرات فإن تحديد المؤشرات المناسبة لمورثة مرغوبة يصير أمراً أكثر سهولة.

الاستخدامات

تم اكتشاف بعض المورثات المفيدة منها المسؤولة عن الحالة المسماة بُلاد BLAD في الماشية، والتي تسبب عدم تمكين الكريات الدموية البيضاء من مغادرة الأوعية الدموية لمقاومة العدوى، مما يؤدي إلى تزايد أعدادها في الدم إلى حدّ كبير جداً؛ وإلى نفوق العجل المصاب في عمر مبكر نتيجة عدوى، مثل الالتهاب الرئوي أوالإسهال وغيرها. ويُعهد حتى هذه الحالة تتسبب عن زوج من المورثات المتنحية (aa)، وهنالك اختبار لتحديد الأفراد الخليطة وراثياً؛ والتي لايظهر فيها هذا السقم؛ مما يمكن من تحديد الثيران اليافعة لوجود المورثة المتنحية قبل إدخالها في برامج التلقيح الاصطناعي.

وهنالك مورثات تُرمِّز لإنتاج البيتا لاكتوگلوبيولين beta lactoglobulin والكاپا كازين kappa caseine، وترتبط مع الإنتاج المرتفع في الماشية. ويبدوحتى الهجريب الوراثي BB مترافق مع زيادة إنتاج الحليب والبروتين بالمقارنة مع الهجريبين AB وAA. كما حتى الحليب الناتج من أبقار ذات هجريب وراثي BB ينتج كمية أكبر من الجبن. ويمكن نشر هذه المورثات بعد تعرّفها بوساطة برامج التلقيح الاصطناعي.

إن استخدام المؤشرات الوراثية هوأكثر فائدة في انتخاب الصفات ذات المكافئات الوراثية heritabilities المنخفضة، مثل الصفات التناسلية. ويمكن استخدامها في أي عمر بما في ذلك المراحل الجنينية المبكرة؛ مما يساعد على انتخاب الحيوانات (أوالأجنة) على أساسها؛ أي قبل وصولها إلى الأعمار التقليدية لاختبار المظاهر الإنتاجية. وسيساعد التلقيح الاصطناعي وتقانة نقل الأجنة على إنتاج أعداد كبيرة من الحيوانات لإجراء الاصطفاء منها على أساس أفضل ما تمتلكه من مؤشرات وراثية. كما حتى تقانة الإخصاب خارج الجسم ستساعد على إنتاج عدد كبير من النسل من إناث صغيرة السن؛ مما يسمح بالحصول على جيل أواثنين من أعمال الاصطفاء المدعوم بالمؤشرات الوراثية؛ أي إذا ذلك سيزيد الشدة الاصطفائية selection intensity، ويُنقص من طول فترة الجيل generation interval.

مثال لذلك: يمكن إجراء التزاوج بين ثور خليط وراثياً لمورثة نادرة ومهمة اقتصادياً مع أبقار محرَّضة لإحداث الإباضة المتعددة superovulated، ومن ثم تُجمع خلايا من الأجنة الناتجة، وتُجنََّس، وتُحدَّد بصماتها الوراثية بغية تحديد الأجنة الممتلكة للأليل المرغوب من المورثة من الأب. وبعد ذلك تنقل الأجنة الإناث الخليطة إلى أبقار مستقبلة لإتمام مدة الحمل فيها ومن ثم إنتاج عدد من الإناث في النسل. وبينما لا تزال تلك المواليد في فترة مبكرة من العمر (أي قبل البلوغ الجنسي)؛ تجمع بويضات منها لإنضاجها وتلقيحها خارج الجسم بنطاف من ثور آخر. ومن ثم تفحص الأجنة، وينقل الأصيل وراثياً منها للأليل المرغوب فيه إلى إناث أخرى؛ لتحمل بها.

لم تحدد بعد مؤشرات وراثية كثيرة؛ ولكن العمل جارٍ بجدية في هذا المضمار، ولاتزال هذه التقنية مرتفعة التكاليف إلى حدٍ يُعيق استخدامها في برامج التربية، ويؤمل في التغلب على هذه العقبة في المستقبل القريب.

إنتاج الإنسولين

تلعب المؤشرات الوراثية أيضاً دوراً هاما في الهندسة الوراثية، حيث يمكنهم استخدامهم كمنتج طبيعي، للپروتينات الوظيفية لتحل محل الخلاية المنتجة التالفة. يزال الجزء التالف من الدنا ويستبدل بالجزء المطابق، لكن وظيفياً يُستخدم تتالي جيني من مصدر آخر، وعادة ماقد يكون من إنسان متبرع. توضح هذه القطاعات الجينية في محلول به خلايا بكتيرية، عدد صغير يمكنها بناء وانتاج تتالي دنا جديد. يحتاج مهندسوالوراثة إلى فهم نوع البكتريا القادرة على مضاعفة هذه الجينات ومن ثم الجين المضاف، تغيير مقاومة البكتريا للمضادات الحيوية. يستخدم الطلي المطابق أوالتخمير لزراعة بكتريا كافية لاختبار المقاومة للمضادات الحيوية،

تستخدم هذه العملية لعلاج داء السكري. عادة ما يوجد جينان مقاومان في الدنا البكتيرية: أحدهما مقاوم للتتراسكيلين والآخر للأمپيسلين. يمكن غرس جين الإنسولين في منتصف جين الأمپيسلين بعد ازالته باستخدام restriction endonucleases. اذا ما تم بناء الجين، فإن البكتريا تكون قادرة على إنتاج الإنسولين ولن تكون هناك مقاومة للأمپيسلين. تم زراعة البكتريا على صفيحة من الأگار تحتوي على مستنبة متوسطة. تكبر البكتريا وتنتج مستعمرات على هلام الأگار. يمكن وضع بترة من ورق التصفية أعلى صفيحة الأگار لتحديد مواقع المستعمرات بدقة. هذه البكتريا تنتج نسخة يمكن نقلها فيما بعد إلى صفيحة أگار ثانية تحتوي على الأمپيسلين. ستموت جميع البكتريا التي لا تملك مقاومة ضد الأمپيسلين. هذه المواقع الموجودة على الصفيحة الثانية تظهر الأماكن على الصفيحة الأولى والتي تحتوي على البكتريا عديمة المقاومة، ومن ثم، تتنج الإنسولين. هناك طريقة أخرى متعبة، يتم فيها إضافة تتالي محدد. هذا التالي يمكنه التأثير بفاعلية عن طريق الأجسام المضادة الموجودة على ورقة التصفية. وبذلك يمكن تمييز المستعمرات المختارة بسهولة.

انظر أيضاً

مؤشر جزيئي

المراجع

• de Vicente, C., T. Fulton (2003). . IPGRI, Rome, Italy and Institute for Genetic Diversity, Ithaca, New York, USA.CS1 maint: multiple names: authors list (link)
• de Vicente, C., T. Fulton (2004). . IPGRI, Rome, Italy and Institute for Genetic Diversity, Ithaca, New York, USA.CS1 maint: multiple names: authors list (link)
• de Vicente, C., J-C. Glaszmann, editors (2006). . AMS (Bioversity's Regional Office for the Americas), CIRAD, GCP, IPGRI, M.S. Swaminathan Research Foundation.CS1 maint: multiple names: authors list (link) CS1 maint: extra text: authors list (link) 85 p.
• Spooner, S., R van Treuren and M.C. de Vicente (2005). . CGN, IPGRI, USDA.CS1 maint: multiple names: authors list (link) 126 p.
• What Is A Genetic Marker?

المصادر