أنواع وخصائص Transposons

ال الترانسبوزونات أو العناصر القابلة للنقل عبارة عن شظايا من الحمض النووي يمكنها تغيير موقعها في الجينوم. يُطلق على حدث الانتقال تغيير موقع ويمكنه القيام بذلك من موضع إلى آخر ، داخل نفس الصبغي ، أو تغيير الكروموسوم. أنها موجودة في جميع الجينومات ، وكمية كبيرة. لقد تم دراستها على نطاق واسع في البكتيريا ، في الخمائر ، في ذبابة الفاكهة وفي الذرة.

تنقسم هذه العناصر إلى مجموعتين ، مع مراعاة آلية تبديل العنصر. وبالتالي ، لدينا rerotransposons التي تستخدم الحمض النووي الريبي وسيطة (الحمض النووي الريبي) ، في حين أن المجموعة الثانية تستخدم الحمض النووي الوسيط. هذه المجموعة الأخيرة هي الترانسبوزونات سنسس كومبو.

يستخدم التصنيف الأكثر حداثة وتفصيلا الهيكل العام للعناصر ، ووجود عناصر مماثلة وهوية الحمض النووي والأحماض الأمينية وتشابههما. وبهذه الطريقة ، يتم تعريف الفئات الفرعية والعائدات الفائقة والأسر والعناصر الفرعية للعناصر القابلة للنقل.

مؤشر

• 1 منظور تاريخي
• 2 الخصائص العامة
  • 2.1 الوفرة
• 3 أنواع من الترانسبوزونات
  • 3.1 عناصر الفئة 1
  • 3.2 عناصر الفئة 2
• 4 كيف يؤثر التغيير على المضيف?
  • 4.1 الآثار الوراثية
• 5 وظائف للعناصر القابلة للنقل
  • 5.1 دور في تطور الجينومات
  • 5.2 أمثلة
• 6 المراجع

المنظور التاريخي

بفضل البحث الذي تم في الذرة (زيا ميسبقلم بربارة مكلينتوك في منتصف الأربعينيات من القرن الماضي ، كان من الممكن تعديل النظرة التقليدية المتمثلة في أن كل جين له مكان ثابت في كروموسوم معين ، وثابت في الجينوم..

أوضحت هذه التجارب أن بعض العناصر لديها القدرة على تغيير الموقف ، من كروموسوم إلى آخر.

في الأصل ، صاغ ماكلينتوك مصطلح "عناصر مسيطرة" ، حيث كان يتحكم في التعبير عن الجين الذي تم إدخاله فيه. ثم ، كانت تسمى العناصر القفز الجينات ، والجينات المتنقلة ، والعناصر الوراثية المتنقلة والتنقلات.

لفترة طويلة ، لم يتم قبول هذه الظاهرة من قبل جميع علماء الأحياء ، وتم التعامل مع بعض الشكوك. في الوقت الحاضر ، يتم قبول عناصر المحمول بالكامل.

تاريخيا ، كانت الترانسبوزونات تعتبر شرائح من الحمض النووي "الأناني". بعد الثمانينيات ، بدأ هذا المنظور في التغير ، حيث كان من الممكن تحديد التفاعلات وتأثير المتحولين في الجينوم ، من وجهة النظر الهيكلية والوظيفية.

لهذه الأسباب ، على الرغم من أن تنقل العنصر قد يكون ضارًا في بعض الحالات ، فقد يكون مفيدًا لسكان الكائنات الحية - مماثلاً لـ "طفيلي مفيد"..

الخصائص العامة

Transposons هي أجزاء منفصلة من الحمض النووي لها القدرة على التحرك داخل الجينوم (وتسمى الجينوم "المضيف") ، وتنتج عمومًا نسخًا من نفسها أثناء عملية التعبئة. لقد تغير فهم الترانسبوزونات وخصائصها ودورها في الجينوم على مر السنين.

يعتبر بعض المؤلفين أن "العنصر القابل للاستبدال" هو مصطلح شامل لتعيين سلسلة من الجينات ذات الخصائص المختلفة. معظم هؤلاء فقط لديهم التسلسل اللازم لنقلهم.

على الرغم من أن الجميع يتشاركون في ميزة القدرة على الانتقال عبر الجينوم ، فإن البعض قادر على ترك نسخة من أنفسهم في الموقع الأصلي ، مما يؤدي إلى زيادة العناصر القابلة للنقل في الجينوم..

وفرة

أظهر تسلسل الكائنات الحية المختلفة (الكائنات الحية الدقيقة ، النباتات ، الحيوانات ، من بين أشياء أخرى) أن العناصر القابلة للنقل موجودة فعليًا في جميع الكائنات الحية..

الترانسبوزونات وفيرة. في جينومات الفقاريات ، يشغلون ما بين 4 إلى 60 ٪ من جميع المواد الوراثية للكائن الحي ، وفي البرمائيات وفي مجموعة معينة من الأسماك ، تنقلات الجسم المتنوعة للغاية. هناك حالات قصوى ، مثل الذرة ، حيث تشكل الترانسبوزونات أكثر من 80٪ من جينوم هذه النباتات.

في البشر ، تعتبر العناصر القابلة للنقل أكثر المكونات وفرة في الجينوم ، مع وفرة تبلغ حوالي 50 ٪. على الرغم من وفرة ملحوظة ، لم يتم توضيح الدور الذي يلعبونه على المستوى الجيني بشكل كامل.

لجعل هذا الرقم المقارن ، دعونا نأخذ في الاعتبار تسلسل الحمض النووي الترميز. يتم نسخ هذه في الحمض النووي الريبي messenger التي تترجم في النهاية إلى بروتين. في الرئيسيات ، لا يغطي DNA الترميز سوى 2 ٪ من الجينوم.

أنواع الترانسبوزونات

عمومًا ، يتم تصنيف العناصر القابلة للنقل وفقًا للطريقة التي يتم بها تعبئة الجينوم. وبهذه الطريقة ، لدينا فئتان: عناصر الفئة 1 وعناصر الفئة 2.

عناصر الصف 1

وتسمى أيضًا عناصر الحمض النووي الريبي ، لأن عنصر الحمض النووي في الجينوم مسجل في نسخة من الحمض النووي الريبي. بعد ذلك ، يتم تحويل نسخة الحمض النووي الريبي مرة أخرى إلى DNA آخر يتم إدخاله في الموقع المستهدف لجينوم المضيف.

تُعرف أيضًا بالعناصر الرجعية ، نظرًا لأن حركتها تعزى إلى التدفق العكسي للمعلومات الوراثية ، من الحمض النووي الريبي إلى الحمض النووي.

عدد هذا النوع من العناصر في الجينوم هائل. على سبيل المثال ، التسلسلات اتحاد المحامين العرب في الجينوم البشري.

يكون النقل من النوع التكراري ، أي أن التسلسل يظل سليماً بعد الظاهرة.

عناصر الفئة 2

تُعرف عناصر الفئة 2 بعناصر الحمض النووي. في هذه الفئة ، تأتي الترانسبوزونات التي تنتقل بنفسها من مكان إلى آخر ، دون الحاجة إلى وسيط.

يمكن أن يكون النقل من النوع التكراري ، كما في حالة عناصر الفئة الأولى ، أو يمكن أن يكون متحفظًا: العنصر مقسم في الحدث ، وبالتالي لا يزيد عدد العناصر القابلة للنقل. تنتمي القطع التي اكتشفتها باربرا مكلينتوك إلى الفئة 2.

كيف يؤثر التغيير على المضيف?

كما ذكرنا ، فإن الترانسبوزونات هي عناصر يمكن أن تتحرك داخل الكروموسوم نفسه ، أو تقفز إلى مختلفة. ومع ذلك ، يجب أن نسأل أنفسنا كيف لياقة بدنية الفرد بسبب الحدث نقل. هذا يعتمد بشكل أساسي على المنطقة التي يتم فيها نقل العنصر.

وبالتالي ، يمكن للتعبئة أن تؤثر إيجابًا أو سلبًا على المضيف ، إما عن طريق تعطيل الجين أو تعديل التعبير الجيني أو تحفيز إعادة التركيب غير المشروع.

إذا كان لياقة بدنية من المضيف تقلص بشكل كبير ، فإن هذه الحقيقة سيكون لها آثار على ينقول ، لأن بقاء الكائن الحي أمر بالغ الأهمية لاستمراره.

لهذا السبب ، تم تحديد استراتيجيات معينة في المضيف وفي الترانسبوزون تساعد على تقليل التأثير السلبي لعملية النقل ، وتحقيق توازن.

على سبيل المثال ، يجب إدخال بعض الترانسبوزونات في مناطق ليست ضرورية في الجينوم. وبالتالي ، فإن تأثير سلسلة ربما الحد الأدنى ، كما هو الحال في مناطق heterochromatin.

من جانب المضيف ، تشمل الاستراتيجيات مثيلة الحمض النووي ، مما يقلل من التعبير عن العنصر القابل للنقل. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن أن تسهم بعض RNAs المسببة للتداخل في هذا العمل.

الآثار الوراثية

تبديل يؤدي إلى اثنين من الآثار الوراثية الأساسية. أولاً ، أنها تسبب طفرات. على سبيل المثال ، 10 ٪ من جميع الطفرات الوراثية في الماوس هي نتيجة عمليات نقل التآكل ، والكثير منها مناطق ترميز أو تنظيمية.

ثانياً ، تعزز الترانسبوزونات أحداث إعادة التركيب غير الشرعي ، مما يؤدي إلى إعادة تكوين الجينات أو كروموسومات بأكملها ، والتي تحمل معها عادةً حذف المواد الوراثية. وتشير التقديرات إلى أن 0.3 ٪ من الاضطرابات الوراثية في البشر (مثل سرطان الدم الوراثي) نشأت بهذه الطريقة.

ويعتقد أن الحد من لياقة بدنية من المضيف بسبب الطفرات الضارة هو السبب الرئيسي لماذا العناصر القابلة للنقل ليست أكثر وفرة مما هي عليه بالفعل.

وظائف العناصر القابلة للنقل

في الأصل ، كان يعتقد أن الترانسبوزومات هي جينومات طفيليات ليس لها أي وظيفة في مضيفيها. في الوقت الحاضر ، وبفضل توافر البيانات الجينية ، تم إيلاء المزيد من الاهتمام لوظائفها الممكنة ودور الترانسبوزونات في تطور الجينوم..

تم اشتقاق بعض التسلسلات التنظيمية المفترضة من عناصر قابلة للاستبدال وتم حفظها في عدة سلالات فقارية ، بالإضافة إلى كونها مسؤولة عن العديد من المستجدات التطورية.

دور في تطور الجينومات

وفقا لبحث حديث ، كان للتنقلات تأثير كبير على بنية وتطور جينومات الكائنات العضوية.

على نطاق صغير ، تكون عمليات النقل قادرة على التوسط في التغييرات في مجموعات الارتباط ، على الرغم من أنها قد يكون لها أيضًا تأثيرات أكثر صلة مثل التغييرات الهيكلية الكبيرة في التباين الجيني ، مثل الحذف والازدواجية والانقلاب والازدواجية والترجمات اللغوية.

يعتبر أن الترانسبوزونات كانت من العوامل المهمة التي شكلت حجم الجينوم وتكوينها في الكائنات حقيقية النواة. في الواقع ، هناك علاقة خطية بين حجم الجينوم ومحتوى العناصر القابلة للنقل.

أمثلة

Transposons يمكن أن يؤدي أيضا إلى تطور التكيف. أوضح الأمثلة على مساهمة الترانسبوزونات هي تطور الجهاز المناعي وتنظيم النسخ عبر عناصر غير مشفرة في المشيمة وفي دماغ الثدييات.

في الجهاز المناعي للفقاريات ، يتم إنتاج عدد كبير من الأجسام المضادة عن طريق جين مع ثلاث سلاسل (V و D و J). يتم فصل هذه التسلسلات جسديًا في الجينوم ، لكنها تتجمع أثناء الاستجابة المناعية من خلال آلية تُعرف بتركيب VDJ.

في أواخر التسعينيات ، وجدت مجموعة من الباحثين أن البروتينات المسؤولة عن ربط VDJ تم تشفيرها بالجينات RAG1 و RAG2. هذه تفتقر إلى الإنترونات ويمكن أن تسبب تبديل تسلسلات محددة في أهداف الحمض النووي.

يعد نقص الإنترونات سمة شائعة للجينات المشتقة من إعادة نقل الرنا المرسال. اقترح مؤلفو هذه الدراسة أن الجهاز المناعي للفقاريات قد نشأ بفضل التحولات التي تحتوي على سلف الجينات. RAG1 و RAG2.

تشير التقديرات إلى أنه قد تم إدراج حوالي 200000 إدخال في نسب الثدييات.

مراجع

1. Ayarpadikannan، S.، & Kim، H. S. (2014). تأثير العناصر القابلة للنقل في تطور الجينوم وعدم الاستقرار الوراثي وآثارها في الأمراض المختلفة. الجينوم والمعلوماتية, 12(3) ، 98-104.
2. Finnegan، D. J. (1989). عناصر قابلة للتحقيق حقيقية النواة وتطور الجينوم. الاتجاهات في علم الوراثة, 5, 103-107.
3. Griffiths، A.J.، Wessler، S.R.، Lewontin، R.C، Gelbart، W.M.، Suzuki، D.T.، & Miller، J.H (2005). مقدمة في التحليل الجيني. ماكميلان.
4. Kidwell، M. G.، & Lisch، D. R. (2000). العناصر القابلة للنقل وتطور الجينوم المضيف. الاتجاهات في البيئة والتطور, 15(3) ، 95-99.
5. Kidwell، M. G.، & Lisch، D. R. (2001). المنظور: العناصر القابلة للنقل ، والحمض النووي الطفيلي ، وتطور الجينوم. تطور, 55(1) ، 1-24.
6. Kim، Y. J.، Lee، J.، & Han، K. (2012). العناصر المستهلكة: لا مزيد من "الحمض النووي غير الهام". الجينوم والمعلوماتية, 10(4) ، 226-33.
7. Muñoz-López، M.، & García-Pérez، J. L. (2010). نقل الحمض النووي: الطبيعة والتطبيقات في علم الجينوم. الجينوم الحالي, 11(2) ، 115-28.
8. Sotero-Caio، C.G.، Platt، R.N.، Suh، A.، & Ray، D.A (2017). تطور وتنوع العناصر القابلة للنقل في جينومات الفقاريات. بيولوجيا الجينوم والتطور, 9(1) ، 161-177.