تم النشر اليوم 2024/07/07 | تأشيب متماثل

لدى حقيقيات النوى

التأشيب المتماثل ضروري لانقسام الخلايا في حقيقيات النوى مثل النباتات والحيوانات والفطريات والطلائع. ففي الخلايا التي تتكاثر من خلال الانقسام الخيطي، يُصلح التأشيب المتماثل التكسّرات المزدوجة في الحمض النووي الناجمة عن الإشعاع المؤيِن أو المواد الكيميائية الضارة بالحمض النووي. إذا تُركت هذه التكسرات المزدوجة دون إصلاح، تحدث إعادة ترتيب واسعة النطاق للصبغيات في الخلايا الجسدية، يمكن أن تؤدي إلى السرطان. بالإضافة إلى إصلاح الحمض النووي، يساعد التأشيب المتماثل أيضًا على إنتاج التنوع الجيني من خلال الانقسام الاختزالي للخلايا الذي يؤدي إلى إنتاج خلايا مشيجية متخصصة – وهي خلايا الحيوانات المنوية والبويضات عند الحيوانات، وحبوب الطلع والبويضات عند النباتات، والأبواغ عند الفطريات. يساعد التأشيب المتماثل على التنوع الجيني من خلال تسهيل العبور الصبغي (التعابر الكروموسومي)، إذ تحدث مبادلة بين مناطق الحمض النووي المتماثلة غير المتطابقة بين الصبغيات المتقابلة. ويخلق الأمر مجموعات جديدة من الجينات قد تكون أكثر منفعة، ويمكن أن تعطي النسل ميزة تطورية.

التاريخ والاكتشاف

في العقد الأول من القرن العشرين، وجد ويليام باتسون وريجينالد بانيت استثناءً لواحد من مبادئ الوراثة التي وصفها غريغور مندل في ستينيات القرن التاسع عشر. على النقيض من فكرة مندل بأن السمات تتنوع بشكل مستقل عندما تنتقل من الوالد إلى الطفل - فلون شعر القط وطول ذيله مثلًا موروثتان تنتقلان بشكل مستقل عن بعضهما - أظهر باتسون وبانيت أن بعض الجينات المسؤولة عن السمات الجسدية يمكن أن تكون موروثة معًا، أي مرتبطة وراثيًا. في عام 1911، بعد ملاحظة أن السمات المرتبطة يمكن أن تورّث في بعض الأحيان بشكل منفصل، اقترح توماس هانت مورغان إمكانية حدوث «عمليات عبور» بين الجينات المرتبطة، يعبر من خلالها أحد الجينات المرتبطة جسديًا إلى صبغي مختلف. بعد عقدين من الزمن، أثبتت باربرا ماكلينتوك وهارييت كريتون أن العبور الصبغي يحدث في أثناء الانقسام الاختزالي، وهي عملية انقسام الخلايا التي تصنع من خلالها الحيوانات المنوية والبويضات. في نفس العام الذي اكتشفت فيه ماكلينتوك، أظهر كورت ستيرن أن العبور- الذي سمي لاحقا «التأشيب» - يمكن أن يحدث أيضًا في الخلايا الجسدية مثل خلايا الدم البيضاء وخلايا الجلد التي تنقسم من خلال الانقسام الخيطي. في عام 1947، أظهر عالم الأحياء الدقيقة جوشوا ليدربرغ أن الجراثيم - التي كان من المفترض أنها تتكاثر فقط بشكل لاجنسي من خلال الانشطار الثنائي – يمكنها أن تأوي التأشيب الجيني، وهو ما يشبه إلى حد كبير التكاثر الجنسي. جعل هذا العمل الإشريكية القولونية كائنًا حيًا نموذجيًا في علم الوراثة، وساعد ليدربرغ على الفوز بجائزة نوبل في الطب أو علم وظائف الأعضاء عام 1958. بناء على الدراسات التي أجريت على الفطريات، اقترح روبن هوليداي في عام 1964 نموذجًا للتأشيب في الانقسام الاختزالي قدم من خلاله تفاصيل أساسية حول كيفية حدوث العملية، بما في ذلك تبادل المواد بين الصبغيات من خلال موصِلات هوليداي. في عام 1983، قدم جاك زوستاك وزملاؤه نموذجًا يعرف الآن باسم مسار دي إس بي آر، والذي يمثل الملاحظات التي لم يفسرها نموذج هوليداي. خلال العقد التالي، ساعدت التجارب على ذبابة الفاكهة والخميرة المتبرعمة وخلايا الثدييات على ظهور نماذج أخرى للتأشيب المتماثل، سُميت مسارات سي دي إس إيه، والتي لا تعتمد دائمًا على موصِلات هوليداي. نُفذ الكثير من العمل اللاحق لتحديد البروتينات المشاركة في العملية وتحديد آلياتها من قبل عدد من الأفراد منهم جيمس هابر وباتريك سونغ وستيفن كوالتشيكوفسكي وآخرون.

شرح مبسط

التأشيب المتماثل هو نوع من التأشيب الجيني، يتم فيه تبادل تسلسلات النوكليوتيدات بين جزيئي دنا متشابهين أو متطابقين. وكثيراً ما تستعمل الخلايا التأشيب الجيني من أجل إصلاح الدنا بشكل دقيق عندما تحدث كسور في كلا شريطي الدنا، وهذا يُعرف بالكسور مزدوجة الشرائط. التأشيب المتماثل ينتج توليفات جديدة من تسلسلات الدنا خلال عملية الانتصاف، وهي العملية التي تنتج فيها حقيقيات النواة خلايا مشيجية، مثل الحيوانات المنوية وخلايا البويضات في الحيوانات. وهذه التوليفات الجديدة من الدنا تمثل التنوع الجيني الذي سيكون في النسل، وهذا بدوره يمكن التجمعات من التكيف خلال عملية التطور.[1] يُستعمل التأشيب المتماثل أيضاً في نقل الجينات الأفقي، وفيه يتم تبادل المواد الوراثية بين أنواع مختلفة من البكتيريا أو الفيروسات.