معلومة

هل يمكن اختيار معدل الطفرة؟

هل يمكن اختيار معدل الطفرة؟


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

هل يمكن اختيار تحور الحمض النووي في مجموعة سكانية؟ لا أقصد اختيار النمط الظاهري الناتج عن طفرة. بدلا من ذلك ، هل يمكن زيادة معدل الطفرات في السكان عن طريق الانتقاء الطبيعي؟


نعم فعلا.

يعتمد النجاح التطوري للبكتيريا على الضبط الدقيق المستمر لمعدلات الطفرات ، مما يحسن قدرتها على التكيف مع الظروف البيئية المتغيرة باستمرار. عندما يكون التكيف مقيدًا بمعدل إمداد الطفرات ، في ظل بعض الظروف ، يفضل الانتقاء الطبيعي زيادة معدلات الطفرات من خلال العمل على التباين الأليلي للأنظمة الجينية التي تتحكم في دقة تكرار الحمض النووي وإصلاحه. يتم نقل الأليلات المتغيرة إلى تردد عالي من خلال التنزه مع الطفرات التكيفية التي تولدها. ومع ذلك ، عندما لا يؤدي اكتساب اللياقة البدنية إلى موازنة فقدان اللياقة بسبب التوليد المستمر للطفرات الضارة ، فإن الانتقاء الطبيعي يفضل تقليل معدلات الطفرات. يعتمد الاختيار والاختيار المضاد لمعدلات الطفرات العالية على العديد من العوامل: عدد الطفرات المطلوبة للتكيف ، وقوة الأليلات الطافرة ، وحجم السكان البكتيري ، والتنافس مع السلالات الأخرى ، والهجرة ، وعدم التجانس البيئي المكاني والزماني. قد تلعب مثل هذه التعديلات لمعدلات الطفرات دورًا في تطور مقاومة المضادات الحيوية.

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/16677295


يمكن العثور على اختلافات كبيرة في معدلات الطفرات بين الفيروسات: 10 ^ -3 طفرات لكل نيوكليوتيد لكل تكرار في عاثية RNA Qβ مقابل 10 ^ -8 طفرات لكل نيوكليوتيد لكل تكرار في DNA Herpes simplex virus. بشكل عام ، تمتلك فيروسات الحمض النووي الريبي معدل طفرة أعلى لأن بوليمرات الحمض النووي الريبي المعتمدة على الحمض النووي الريبي تفتقر إلى قدرة إثبات القراءة الموجودة في بوليميرات الحمض النووي. ومع ذلك ، فإن كلا من زيادة معدلات الطفرات النموذجية هذه وخفضها يؤدي إلى تقليل ضراوة سكان الفيروس.

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/16220146

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/16327776


الجواب نعم وقد تم الرد على سؤالك اللطيف منذ عدة عقود من قبل Luria و Delbruck. خذ بضع دقائق لقراءة تجربتهم التي تمنحهم جائزة نوبل:

https://en.wikipedia.org/wiki/Luria٪E2٪80٪93Delbr٪C3٪BCck_experiment


تربية الطفرات

الطفرة هي "التغيير الوراثي المفاجئ في الكائن الحي". قد يكون الطفرة عبارة عن تغيير في الجين أو الكروموسوم أو البلازما (مادة وراثية داخل الميتوكوندريا والبلاستيدات الخضراء. تسمى الطفرة الناتجة عن التغيير في التسلسل الأساسي للجين الطفرة النقطية أو الطفرة الجينية. الحذف أو الازدواجية أو الانعكاس.

الطفرات الصبغية هي التغير في بنية الكروموسومات. يمكن أن يحدث التغيير في بنية الكروموسوم نتيجة الحذف الكبير ، والانعكاس ، والازدواجية ، والانتقال والتغيير في عدد الكروموسوم. معظم الطفرات قاتلة للكائن الحي.

عدد قليل جدًا من الطفرات مفيد للكائن الحي. بالإضافة إلى ذلك ، من خلال استخدام العوامل المحفزة للطفرات ، يمكن للمربي إحداث تغييرات مرغوبة في التكوين الجيني للنباتات وبالتالي يمكنه تحسين أداء الصنف المزروع.

تربية الطفرات

تعريف: "يسمى استخدام الطفرات المستحثة في تحسين المحاصيل بالتكاثر الطفري"

صاغ مصطلح تربية الطفرات لأول مرة فريسليبن وليين في عام 1944 للإشارة إلى الاستقراء المتعمد وتطوير خطوط متحولة لتحسين المحاصيل.

الطفرات العفوية والمستحثة:

(1). طفرة تلقائية:

تحدث طفرة في الطبيعة تسمى طفرة عفوية. تحدث طفرة عفوية في الكائن الحي دون أي علاج بمعدل منخفض في الطبيعة. تردد الطفرة العفوية هو 10-6 (واحد من كل 10 كهس). تظهر الجينات المختلفة في الكائن الحي معدل طفرة مختلف.

(2). الطفرة المستحثة:

تسمى الطفرات المستحثة في الكائن الحي عن طريق العلاج بالطفرات الفيزيائية أو الكيميائية الطفرات المستحثة. العوامل التي تستخدم للحث على الطفرة تسمى المطفرة. بعض الجينات في الكائن الحي تعزز تحور الجينات الأخرى القريبة في الكروموسومات. على سبيل المثال ، يزيد الجين Dt في الكروموسوم رقم 9 للذرة من معدل الطفرات في الجينات الأخرى.

خصائص الطفرة:

Ø الطفرات متنحية بشكل عام. تحدث الطفرات المهيمنة في الطبيعة.

Ø الطفرات بشكل عام ضارة للكائن ، ونسبة صغيرة من الطفرات مفيدة.

Ø تحدث طفرة عشوائية في الكروموسوم ، وقد تحدث في أي جين.

Ø تُظهر بعض الجينات معدل تحور أعلى من غيرها.

Ø بعض الطفرات متكررة ، وتحدث مرارًا وتكرارًا في الكائن الحي.

Ø تظهر الطفرات المستحثة عادة تعدد الأشكال.

آثار الطفرة:

بشكل عام ، الطفرات ضارة بالكائن الحي. أنها تقلل من قابلية البقاء في الأفراد. بناءً على تأثيرات الطفرات ، يتم تصنيفها على أنها:

(1). طفرة قاتلة: الطفرات المميتة تقتل الفرد.

(2). طفرة شبه قاتلة: لا تقتل جميع الأفراد ولكنها تقلل من قابليتها للحياة.

(3). الحيوية: الطفرات الحيوية لا تقتل الأفراد ، والطفرات الحيوية هي برنامج طفرات مهم وقد تم استخدامها بنجاح في برامج تحسين المحاصيل.

تصنيف الطفرة على أساس حجمها:

اعتمادًا على الحجم ، يمكن تصنيف الطفرات في الكائنات الحية إلى فئتين (1) الطفرة الكلية و (2) الطفرات الدقيقة. تنتج الطفرات الكلية تغيرات نمطية كبيرة بينما في الطفرات الدقيقة سيتم إنتاج تغييرات نمطية صغيرة فقط.

تاريخ التربية الطفرية:

Ø تم تقديم مصطلح الطفرة لأول مرة بواسطة Hugo de Vries.

Ø تم وصف الأنشطة الطفرية للأشعة السينية لأول مرة بواسطة مولر على ذبابة الفاكهة السوداء (جائزة نوبل).

Ø وصف ستادلر وباولي النشاط المطفر لأشعة جاما.

Ø اقترح أويرباخ وروهيون القدرة الطفرية لغاز الخردل (خردل الكبريت).

Ø بدأ Nilsson Ehle برنامج التكاثر الطفري في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية لأول مرة.

ما هي المطفرات؟

العوامل التي تسبب طفرة في الكائن الحي تسمى المطفرات. هناك فئات مختلفة من المطفرات بناءً على خواصها الكيميائية أو الفيزيائية. كل هذه الطفرات تحدث طفرات في الجينوم عن طريق التعديل الهيكلي أو الكيميائي للمادة الوراثية (DNA).

يتم تصنيف المطفرات إلى فئتين رئيسيتين:

المطفرات الكيميائية:

تسمى الجزيئات الكيميائية التي تحفز الطفرات بالمطفرات الكيميائية.

المطفرات الكيميائية للفئة المختلفة هي:

(1). وكلاء مؤلكل: مثال: خردل الكبريت ، خردل النيتروجين ، الإيبوكسيدات ، إيثيل ميثان سلفونات (EMS) ، ميثيل ميثان سلفونات (MMS) ، مركب نيتروسو (على سبيل المثال N- ميثيل- N- نيترو- N- جوانيدين- MNNG)

(2). أصباغ أكريدين: مثال: بروفلافين ، برتقال أكريدين ، أصفر أكريدين ، بروميد إيثيديوم

(3). نظائرها الأساسية: مثال: 5-برومو يوراسيل ، 5-كلورو يوراسيل

(4). آحرون: مثال: حمض النيتروز ، هيدروكسي أمين ، أزيد الصوديوم

المطفرات الجسدية:

هم أنواع مختلفة من الإشعاعات التي يتم تصنيفها إلى فئتين.

(1). الإشعاعات المؤينة: وهي تشمل الإشعاعات الجسيمية (أشعة ألفا ، وأشعة جاما والنيوترونات السريعة) والإشعاعات غير الجسيمية (الأشعة السينية والأشعة-).

(2). الإشعاعات غير المؤينة: الأشعة فوق البنفسجية.

تكاثر الطفرات

يسمى استخدام الطفرات المستحثة في تحسين المحاصيل بالتكاثر بالطفرات. في التكاثر بالطفرات ، تحدث الطفرات المرغوبة في نباتات المحاصيل باستخدام المطفرات الفيزيائية أو الكيميائية. يتم إصدار التباين الناتج عن الطفرات المستحثة إما كتنوع جديد أو استخدامها كأصل لبرامج التهجين اللاحقة. يسمى علاج المواد البيولوجية بالمطفرات لإحداث طفرة الطفرات. إذا تم استخدام أي فئة من الإشعاعات كمطفر للحث على طفرة في نباتات المحاصيل ، فإن تعرض الكائن البيولوجي للإشعاع يسمى التشعيع. يجب تخطيط برنامج التربية الطفرية بوضوح ويجب أن يكون كبيرًا بما يكفي مع مرافق كافية لفحص التجمعات الكبيرة.

خطوات تربية الطفرات:

(1). أهداف البرنامج:

Ø يجب أن يكون للتربية الطفرية أهداف محددة وواضحة.

(2). اختيار الأصناف لعلاج الطفرات:

Ø يجب أن يكون الصنف المختار هو أفضل صنف متاح

(3). جزء النبات المراد معالجته:

Ø البذور ، حبوب اللقاح ، التكاثر الخضري ، في بعض الأحيان النبات الكامل كما تم معالجته بالطفرات

Ø يختلف اختيار الجزء النباتي باختلاف نبات المحصول.

Ø البذور هي أفضل جزء في التكاثر الجنسي للنباتات.

Ø علاج البذور هو في الواقع علاج للجنين.

(4). جرعة المطفر:

Ø العلاج المطفر يقلل الإنبات ومعدل النمو والحيوية والخصوبة للكائن الحي.

Ø تزيد الطفرة أيضًا من تواتر التغيرات الكروموسومية ، والانقسامات الانقسامية والشذوذ الانتصافي في الكائن الحي

Ø كل هذه الأضرار تزداد مع زيادة الجرعة المطفرة ومدة التعرض.

Ø وبالتالي ، يجب تحسين الجرعة لتحقيق أقصى معدل نجاح

Ø تختلف جرعة ومدة العلاج للمطفرات باختلاف المحاصيل وأجزاء النبات وأيضًا حسب نوع المطفر المستخدم.

Ø الجرعة المثلى هي الجرعة التي سيحدث عندها الحد الأقصى لتكرار الطفرة مع الحد الأدنى من قتل الكائن الحي.

Ø يتم التعبير عن الجرعة المثلى للطفرات على أنها LD50.

Ø LD50: جرعة مطفرة تقتل 50٪ من الأفراد المعالجين.

Ø يختلف LD50 باختلاف نباتات المحاصيل ونوع الطفرات المستخدمة.

(5). إعطاء علاج الطفرات:

Ø M1: جيل ينتج مباشرة من أجزاء نباتية معالجة بالطفرات.

Ø M2 و M3 و amp M4 هي أجيال لاحقة مشتقة من M1 و M2 و M3.

يتم إنتاج Ø M2 و M3 و amp M4 عن طريق التكاثر الذاتي أو التكاثر النسيلي.

(6). التعامل مع السكان المعالجين بالطفرات:

Ø العلاج بالطفرة في البذور والتكاثر الخضري ينتج الكيميرا.

Ø تحدث الطفرات عادةً في جزء صغير من أجزاء النبات مثل البذور أو النسيج الإنشائي.

Ø جيل واحد أو أكثر من الأجيال التناسلية أو الجنسية مع الاختيار ضروري لنمط ظاهري متحور مستقر.

Ø الأليلات الطافرة متنحية بشكل عام. تحدث طفرة سائدة ، ومع ذلك ، فإن فرصة حدوث طفرة سائدة تكون أقل بكثير.

Ø في النباتات المتكاثرة جنسيًا ، تكون الطفرات السائدة والمتنحية مفيدة.

Ø ولكن في نباتات التكاثر النسيلي ، تكون الطفرات السائدة مفيدة.

خطوات التكاثر الطفري للصفات قليلة التولد في نباتات المحاصيل

Ø يشيع استخدام التربية الطفرية لتحسين صفات نبات المحصول الذي تتحكم فيه الصفات المولدة للقلة.

التكاثر الطفري للصفات متعددة الجينات:

Ø الطفرات تنتج أيضًا اختلافات جينية في الصفات متعددة الجينات.

Ø هذا التباين أقل بنسبة 50٪ من ذلك المتولد في توليد F2

تطبيق / مزايا الطفرات المستحثة في تحسين المحاصيل:

Ø يمكن استخدام التكاثر الطفري في كل من الصفات المولدة للقلة والجينات في النباتات.

Ø يحسن الخصائص المورفولوجية والفسيولوجية للمحاصيل المزروعة.

Ø يمكن أن يؤدي الاستيلاد الطفري إلى تحسين مقاومة نباتات المحاصيل للأمراض.

Ø يمكن للطفرات المستحثة أن تحفز الأليلات الطافرة المرغوبة في نباتات المحاصيل.

Ø يمكن استخدام التربية الطفرية لتحسين الصفات المحددة لصنف عالي الغلة ومتكيف جيدًا.

Ø يمكن تحسين خصائص الخصائص الكمية لنباتات المحاصيل بما في ذلك المحصول عن طريق الطفرات المستحثة.

Ø يتم التعامل مع الهجينة F1 التي تم الحصول عليها من التهجين بين الأصناف بالطفرات لزيادة التباين.

Ø يمكن أن يكون الاستيلاد الطفري فعالاً في نشر شخصية غير مرغوب فيها من مجموعة متنوعة من المحاصيل.

حدود / عيوب التربية الطفرية

Ø سيكون تواتر الطفرات المرغوبة منخفضًا جدًا (0.1 ٪ من إجمالي الطفرات)

Ø يجب على المربي فحص عدد كبير من السكان لاختيار الطفرة المرغوبة.

Ø ترتبط الطفرات المرغوبة عادة بآثار جانبية غير مرغوب فيها.

Ø غالبًا ما تنتج الطفرات تأثيرات متعددة الاتجاهات.

Ø عادةً ما يكون التحور في السمات الكمية في اتجاه بعيدًا عن تاريخ اختيار الصنف الأصلي.

Ø قد تكون هناك مشاكل في تسجيل صنف متحور في أجزاء كثيرة.

Ø معظم الطفرات متنحية ولا يتم التعبير عن آثارها بسبب هيمنة نظيرتها الأليلية.

إنجازات التربية الطفرية

Ø تم إنتاج عدد كبير من أصناف المحاصيل عن طريق التكاثر الطفري في جميع أنحاء العالم.

Ø ترد أدناه قائمة مختصرة

Ø حلى: 462 صنف

Ø أنتجت الصين 281 صنفًا (أعلى مرتبة)

Ø أنتجت الهند 116 صنفاً (المركز الثاني)

Ø ينتج الاتحاد السوفياتي: 82 نوعًا (المركز الثالث)

Ø أنتجت اليابان: 65 صنفًا (المركز الرابع)

تربية الطفرات في الهند:

Ø حتى عام 1990 ، تم إنتاج 219 نوعًا متحورًا من نباتات المحاصيل في الهند.

Ø من بينها 116 نباتاً مكثوراً بالبذور و 103 نباتاً مثالياً نباتياً.

Ø يرد أدناه عدد أنواع نباتات المحاصيل التي تنتجها الطفرات في الهند:

أصناف المحاصيل المنتجة في الهند عن طريق التكاثر الطفري:

قصب السكر: Co 8152 ، Co 8153

Ø في الأرز ، Jagannath هو متحولة جاما شبه قزم من الصنف الطويل T141.

Ø قامت Jagannath بتحسين مقاومة السكن ، وإنتاجية عالية ، وأكثر استجابة للأسمدة من الشركة الأم.

Ø في القمح ، NP836 عبارة عن متحولة مظلمة من صنف البذور غير المألوف NP799.

Ø قصب السكر Co8152 عبارة عن طفرات مستحثة بأشعة جاما من Co527.

Ø يحتوي Co8152 على عائد أكبر بنسبة 40 ٪ من الأصل.

أهداف التعلم: المطفرات وتحسين المحاصيل ، الطفرات العفوية والمستحثة ، آثار الطفرات ، الطفرات الفيزيائية والكيميائية ، طرق التكاثر الطفري ، الطفرات في الصفات قليلة التولد ، الطفرات في الصفات متعددة الجينات ، قيود تكاثر الطفرات ، إنجازات التكاثر الطفري ، دور الطفرات في تربية النباتات


محتويات

يمكن أن تنطوي الطفرات على ازدواجية أجزاء كبيرة من الحمض النووي ، عادةً من خلال إعادة التركيب الجيني. [9] تعد هذه المضاعفات مصدرًا رئيسيًا للمواد الخام لتطوير جينات جديدة ، مع تكرار عشرات إلى مئات الجينات في جينومات الحيوانات كل مليون سنة. [10] تنتمي معظم الجينات إلى عائلات جينية أكبر من أصل مشترك ، ويمكن اكتشافها من خلال تماثلها التسلسلي. [11] يتم إنتاج الجينات الجديدة بعدة طرق ، عادةً من خلال الازدواجية والطفرة لجين الأسلاف ، أو عن طريق إعادة توحيد أجزاء من جينات مختلفة لتشكيل مجموعات جديدة مع وظائف جديدة. [12] [13]

هنا ، تعمل مجالات البروتين كوحدات ، لكل منها وظيفة خاصة ومستقلة ، يمكن مزجها معًا لإنتاج جينات ترميز بروتينات جديدة بخصائص جديدة. [14] على سبيل المثال ، تستخدم العين البشرية أربعة جينات لتكوين بنى تستشعر الضوء: ثلاثة للخلية المخروطية أو رؤية الألوان وواحد لخلية قضيب أو للرؤية الليلية نشأت جميعها من جين سلفي واحد. [15] ميزة أخرى لتكرار الجين (أو حتى الجينوم بأكمله) هي أن هذا يزيد من التكرار الهندسي مما يسمح لجين واحد في الزوج باكتساب وظيفة جديدة بينما تؤدي النسخة الأخرى الوظيفة الأصلية. [16] [17] أنواع أخرى من الطفرات تخلق أحيانًا جينات جديدة من دنا غير مشفر سابقًا. [18] [19]

قد تنطوي التغييرات في عدد الكروموسومات على طفرات أكبر ، حيث تنكسر أجزاء من الحمض النووي داخل الكروموسومات ثم تعيد ترتيبها. على سبيل المثال ، في Homininae ، اندمج اثنان من الكروموسومات لإنتاج كروموسوم بشري 2 لم يحدث هذا الاندماج في سلالة القردة الأخرى ، وهم يحتفظون بهذه الكروموسومات المنفصلة. [20] في التطور ، قد يكون الدور الأكثر أهمية لإعادة ترتيب الكروموسومات هو تسريع تباعد السكان إلى أنواع جديدة من خلال تقليل احتمالية تزاوج المجموعات ، وبالتالي الحفاظ على الاختلافات الجينية بين هذه المجموعات. [21]

تشكل تسلسلات الحمض النووي التي يمكن أن تتحرك حول الجينوم ، مثل الينقولات ، جزءًا كبيرًا من المادة الوراثية للنباتات والحيوانات ، وقد تكون مهمة في تطور الجينوم. [22] على سبيل المثال ، يوجد أكثر من مليون نسخة من تسلسل Alu في الجينوم البشري ، وقد تم الآن تجنيد هذه التسلسلات لأداء وظائف مثل تنظيم التعبير الجيني. [23] تأثير آخر لتسلسل الحمض النووي المتنقل هو أنه عندما تتحرك داخل الجينوم ، فإنها يمكن أن تحور أو تحذف الجينات الموجودة وبالتالي تنتج التنوع الجيني. [6]

تتراكم الطفرات غير المميتة داخل مجموعة الجينات وتزيد من مقدار الاختلاف الجيني. [24] يمكن تقليل وفرة بعض التغييرات الجينية داخل مجموعة الجينات عن طريق الانتقاء الطبيعي ، في حين أن الطفرات الأخرى "الأكثر ملاءمة" قد تتراكم وتؤدي إلى تغييرات تكيفية.

على سبيل المثال ، قد تنتج فراشة نسلًا بطفرات جديدة. لن يكون لغالبية هذه الطفرات أي تأثير ولكن قد يغير المرء لون أحد نسل الفراشة ، مما يجعل من الصعب (أو أسهل) على الحيوانات المفترسة رؤيتها. إذا كان هذا التغيير اللوني مفيدًا ، فإن فرص بقاء هذه الفراشة على قيد الحياة وإنتاج نسلها الخاص تكون أفضل قليلاً ، وبمرور الوقت قد يشكل عدد الفراشات المصابة بهذه الطفرة نسبة مئوية أكبر من السكان.

تُعرَّف الطفرات المحايدة بأنها الطفرات التي لا تؤثر آثارها على لياقة الفرد. يمكن أن يزداد تكرارها بمرور الوقت بسبب الانجراف الجيني. يُعتقد أن الغالبية العظمى من الطفرات ليس لها تأثير كبير على لياقة الكائن الحي. [25] [26] أيضًا ، آليات إصلاح الحمض النووي قادرة على إصلاح معظم التغييرات قبل أن تصبح طفرات دائمة ، والعديد من الكائنات الحية لديها آليات للقضاء على الخلايا الجسدية الطافرة بشكل دائم.

يمكن أن تحسن الطفرات المفيدة نجاح الإنجاب. [27] [28]

أربع فئات من الطفرات هي (1) الطفرات العفوية (الاضمحلال الجزيئي) ، (2) الطفرات الناتجة عن تجاوز التكرار المعرض للخطأ لتلف الحمض النووي الذي يحدث بشكل طبيعي (يُسمى أيضًا توليف الترانزستور المعرض للخطأ) ، (3) الأخطاء التي تم إدخالها أثناء إصلاح الحمض النووي ، و (4) الطفرات المستحثة التي تسببها المطفرات. قد يُدخل العلماء أيضًا عن عمد تسلسلات متحولة من خلال التلاعب بالحمض النووي من أجل التجارب العلمية.

زعمت إحدى الدراسات التي أجريت عام 2017 أن 66٪ من الطفرات المسببة للسرطان عشوائية ، و 29٪ ناتجة عن البيئة (امتد السكان المدروسون إلى 69 دولة) ، و 5٪ موروثة. [29]

ينقل البشر في المتوسط ​​60 طفرة جديدة لأطفالهم ، لكن الآباء ينقلون المزيد من الطفرات اعتمادًا على أعمارهم مع إضافة طفرتين جديدتين للطفل كل عام. [30]

تعديل الطفرة العفوية

الطفرات العفوية تحدث باحتمالية غير صفرية حتى مع وجود خلية صحية غير ملوثة. يُقدر أن تلف الحمض النووي المؤكسد الذي يحدث بشكل طبيعي يحدث 10000 مرة لكل خلية يوميًا في البشر و 100000 مرة لكل خلية يوميًا في الفئران. [31] الطفرات العفوية يمكن أن تتميز بالتغيير المحدد: [32]

    - يتم تغيير القاعدة عن طريق تغيير موضع ذرة الهيدروجين ، مما يؤدي إلى تغيير نمط الترابط الهيدروجيني لتلك القاعدة ، مما يؤدي إلى الاقتران غير الصحيح للقاعدة أثناء النسخ المتماثل.[33] - فقدان قاعدة البيورين (A أو G) لتكوين موقع أبوريني (موقع AP). - يغير التحلل المائي القاعدة الطبيعية إلى قاعدة غير نمطية تحتوي على مجموعة كيتو بدلاً من مجموعة الأمين الأصلية. تشمل الأمثلة C → U و A → HX (هيبوكسانثين) ، والتي يمكن تصحيحها عن طريق آليات إصلاح الحمض النووي و 5MeC (5-methylcytosine) → T ، والتي تقل احتمالية اكتشافها كطفرة لأن الثايمين هو قاعدة DNA طبيعية. - تمسخ الخيط الجديد من القالب أثناء النسخ المتماثل ، متبوعًا بإعادة التشبع في مكان مختلف ("الانزلاق"). يمكن أن يؤدي هذا إلى عمليات الإدراج أو الحذف.

النسخ المتماثل المعرض للخطأ تجاوز التحرير

هناك أدلة متزايدة على أن غالبية الطفرات الناشئة تلقائيًا ترجع إلى التكرار المعرض للخطأ (توليف الترانزستور) في الماضي لتلف الحمض النووي في حبلا القالب. في الفئران ، تحدث غالبية الطفرات بسبب تخليق translesion. [34] وبالمثل ، في الخميرة ، كونز وآخرون. [35] وجد أن أكثر من 60٪ من عمليات الاستبدال والحذف العفوية لزوج القاعدة الفردي كانت ناتجة عن تخليق الترانزستور.

أدخلت أخطاء أثناء إصلاح الحمض النووي تحرير

على الرغم من أن الانكسارات المزدوجة الخيطية تحدث بشكل طبيعي بتردد منخفض نسبيًا في الحمض النووي ، إلا أن إصلاحها غالبًا ما يؤدي إلى حدوث طفرة. يعد الانضمام إلى النهاية غير المتجانسة (NHEJ) مسارًا رئيسيًا لإصلاح الفواصل ذات الشرائط المزدوجة. يتضمن NHEJ إزالة عدد قليل من النيوكليوتيدات للسماح بمحاذاة غير دقيقة إلى حد ما للطرفين لإعادة الانضمام متبوعًا بإضافة نيوكليوتيدات لملء الفجوات. نتيجة لذلك ، غالبًا ما تقدم NHEJ طفرات. [36]

تعديل الطفرة المستحثة

الطفرات المستحثة هي تغيرات في الجين بعد أن يتلامس مع مسببات الطفرات والأسباب البيئية.

الطفرات المستحثة على المستوى الجزيئي يمكن أن يكون بسبب:

  • المواد الكيميائية (على سبيل المثال ، Bromodeoxyuridine (BrdU)) (على سبيل المثال ، ن-إيثيل-ن-نيتروسوريا (ENU). يمكن لهذه العوامل أن تحور كل من الحمض النووي المتكاثر وغير المتكاثر. على النقيض من ذلك ، يمكن أن يغير النظير الأساسي الحمض النووي فقط عندما يتم دمج التناظرية في تكرار الحمض النووي. كل فئة من هذه الفئات من المطفرات الكيميائية لها تأثيرات معينة تؤدي بعد ذلك إلى التحولات أو التحولات أو الحذف.
  • العوامل التي تشكل مقاربات DNA (على سبيل المثال ، ochratoxin A) [38]
  • تقوم عوامل إقحام الحمض النووي (مثل بروميد الإيثيديوم) بتحويل مجموعات الأمين الموجودة في A و C إلى مجموعات ديازو ، مما يؤدي إلى تغيير أنماط ارتباط الهيدروجين ، مما يؤدي إلى الاقتران غير الصحيح للقاعدة أثناء النسخ المتماثل.
    ضوء (UV) (بما في ذلك الإشعاع غير المؤين). قاعدتان من النيوكليوتيدات في الدنا - السيتوزين والثايمين - هي الأكثر عرضة للإشعاع الذي يمكن أن يغير خصائصهما. يمكن أن يؤدي ضوء الأشعة فوق البنفسجية إلى تحفيز قواعد بيريميدين المجاورة في خيط الحمض النووي على الارتباط تساهميًا على شكل ثنائي بيريميدين. يمكن للأشعة فوق البنفسجية ، وخاصة الأشعة فوق البنفسجية الطويلة الموجة ، أن تسبب أيضًا أضرارًا تأكسدية للحمض النووي. [39]. يمكن أن يؤدي التعرض للإشعاع المؤين ، مثل إشعاع جاما ، إلى حدوث طفرة ، مما قد يؤدي إلى الإصابة بالسرطان أو الوفاة.

بينما في الأزمنة السابقة كان من المفترض أن تحدث الطفرات عن طريق الصدفة ، أو تحدث بسبب الطفرات ، تم اكتشاف الآليات الجزيئية للطفرة في البكتيريا وعبر شجرة الحياة. كما يقول S. Rosenberg ، "تكشف هذه الآليات عن صورة للطفرات شديدة التنظيم ، والتي يتم تنظيمها مؤقتًا عن طريق استجابات الإجهاد وتنشط عندما تتكيف الخلايا / الكائنات الحية مع بيئاتها - عند الإجهاد - تسريع التكيف المحتمل." [40] نظرًا لأنها آليات مطفرة ذاتية التحريض تزيد من معدل تكيف الكائنات الحية ، فقد تم تسميتها أحيانًا على أنها آليات الطفرات التكيفية ، وتشمل استجابة SOS في البكتيريا ، [41] إعادة التركيب داخل الكروموسومات خارج الرحم [42] والكروموسومات الأخرى أحداث مثل الازدواجية. [40]

حسب التأثير على تعديل الهيكل

يمكن تغيير تسلسل الجين بعدة طرق. [44] الطفرات الجينية لها تأثيرات متفاوتة على الصحة حسب مكان حدوثها وما إذا كانت تغير وظيفة البروتينات الأساسية. يمكن تصنيف الطفرات في بنية الجينات إلى عدة أنواع.

الطفرات واسعة النطاق تحرير

تشمل الطفرات واسعة النطاق في البنية الصبغية ما يلي:

  • التضخيم (أو الازدواج الجيني) أو تكرار جزء كروموسومي أو وجود قطعة إضافية من قطعة كروموسوم مكسورة من الكروموسوم قد تصبح مرتبطة بصبغي متماثل أو غير متماثل بحيث تكون بعض الجينات موجودة في أكثر من جرعتين مما يؤدي إلى نسخ متعددة من جميع مناطق الكروموسومات ، مما يزيد من جرعة الجينات الموجودة داخلها.
  • حذف مناطق الكروموسومات الكبيرة ، مما يؤدي إلى فقدان الجينات داخل تلك المناطق.
  • الطفرات التي يتمثل تأثيرها في وضع قطع منفصلة من الحمض النووي جنبًا إلى جنب ، مما يحتمل أن يجمع جينات منفصلة معًا لتشكيل جينات اندماج وظيفية متميزة (على سبيل المثال ، bcr-abl).
  • تغييرات واسعة النطاق في بنية الكروموسومات تسمى إعادة ترتيب الكروموسومات والتي يمكن أن تؤدي إلى انخفاض اللياقة ولكن أيضًا إلى التكاثر في مجموعات معزولة وفطرية. وتشمل هذه:
      : تبادل الأجزاء الجينية من الكروموسومات غير المتجانسة. : عكس اتجاه قطعة الكروموسومات.
  • تقاطع الكروموسومات غير المتماثل.
  • الحذف الخلالي: حذف داخل الكروموسومات يزيل جزء من الحمض النووي من كروموسوم واحد ، وبالتالي يقارن الجينات البعيدة سابقًا. على سبيل المثال ، تم العثور على الخلايا المعزولة من ورم نجمي بشري ، وهو نوع من ورم الدماغ ، لديها حذف كروموسومي يزيل التسلسلات بين الجين المنصهر في الورم الأرومي الدبقي (FIG) ومستقبل التيروزين كيناز (ROS) ، مما ينتج بروتينًا اندماجيًا (FIG- روس). يحتوي بروتين الاندماج غير الطبيعي FIG-ROS على نشاط كيناز نشط بشكل أساسي يتسبب في تحول الأورام (التحول من الخلايا الطبيعية إلى الخلايا السرطانية).
  • الطفرات على نطاق صغير تحرير

    تؤثر الطفرات الصغيرة النطاق على جين في واحد أو عدد قليل من النيوكليوتيدات. (إذا تأثر نوكليوتيد واحد فقط ، يطلق عليهم طفرات نقطية). تشمل الطفرات الصغيرة الحجم:

      إضافة واحد أو أكثر من النيوكليوتيدات الإضافية إلى الحمض النووي. عادة ما تكون ناجمة عن عناصر قابلة للتبديل ، أو أخطاء أثناء تكرار العناصر المتكررة. قد تؤدي عمليات الإدخال في منطقة الترميز للجين إلى تغيير تضفير mRNA (طفرة موقع لصق) ، أو تسبب تحولًا في إطار القراءة (Frameshift) ، وكلاهما يمكن أن يغير بشكل كبير منتج الجين. يمكن عكس عمليات الإدراج عن طريق استئصال العنصر القابل للنقل. إزالة واحد أو أكثر من النيوكليوتيدات من الحمض النووي. مثل عمليات الإدخال ، يمكن لهذه الطفرات أن تغير إطار القراءة للجين. بشكل عام ، لا يمكن التراجع عنها: على الرغم من أنه من الممكن ، من الناحية النظرية ، استعادة نفس التسلسل تمامًا عن طريق الإدراج ، إلا أن العناصر القابلة للتبديل قادرة على التراجع عن حذف قصير جدًا (على سبيل المثال قواعد 1-2) في أي الموقع إما أنه من غير المرجح أن يكون موجودًا أو غير موجود على الإطلاق. ، غالبًا بسبب المواد الكيميائية أو خلل في تكرار الحمض النووي ، تبادل نوكليوتيد واحد بآخر. [45] تم تصنيف هذه التغييرات على أنها انتقالات أو عمليات عرض. [46] الأكثر شيوعًا هو التحول الذي يستبدل البيورين بالبيورين (A ↔ G) أو بيريميدين للبيريميدين (C ↔ T). يمكن أن يحدث التحول بسبب حمض النيتروز أو خطأ في الاقتران الأساسي أو نظائر القاعدة المطفرة مثل BrdU. أقل شيوعًا هو التحويل ، الذي يستبدل البيورين ببيريميدين أو بيريميدين البيورين (C / T ↔ A / G). مثال على التحويل هو تحويل الأدينين (أ) إلى سيتوزين (ج). الطفرات النقطية هي تعديلات لأزواج قاعدة واحدة من الحمض النووي أو أزواج قواعد صغيرة أخرى داخل الجين. يمكن عكس الطفرة النقطية من خلال طفرة نقطية أخرى ، حيث يتم تغيير النيوكليوتيد إلى حالته الأصلية (الارتداد الحقيقي) أو عن طريق ارتداد الموقع الثاني (طفرة تكميلية في مكان آخر تؤدي إلى استعادة وظائف الجينات). كما نوقش أدناه ، يمكن تصنيف الطفرات النقطية التي تحدث داخل منطقة ترميز البروتين للجين على أنها بدائل مترادفة أو غير مترادفة ، ويمكن تقسيم هذه الأخيرة بدورها إلى طفرات مغلوطة أو غير منطقية.

    بالتأثير على تسلسل البروتين تحرير

    يعتمد تأثير الطفرة على تسلسل البروتين جزئيًا على مكان حدوثه في الجينوم ، خاصةً ما إذا كان في منطقة مشفرة أو غير مشفرة. يمكن للطفرات في التسلسلات التنظيمية غير المشفرة للجين ، مثل المحفزات والمعززات وكواتم الصوت ، أن تغير مستويات التعبير الجيني ، ولكنها أقل عرضة لتغيير تسلسل البروتين. الطفرات داخل الإنترونات وفي المناطق التي ليس لها وظيفة بيولوجية معروفة (مثل الجينات الكاذبة ، الينقولات العكسية) تكون محايدة بشكل عام ، وليس لها تأثير على النمط الظاهري - على الرغم من أن طفرات الإنترون يمكن أن تغير منتج البروتين إذا كانت تؤثر على ربط الرنا المرسال.

    من المرجح أن تغير الطفرات التي تحدث في مناطق الترميز في الجينوم منتج البروتين ، ويمكن تصنيفها من خلال تأثيرها على تسلسل الأحماض الأمينية:

    • تحدث طفرة انزياح الإطارات عن إدخال أو حذف عدد من النيوكليوتيدات التي لا يمكن تقسيمها بالتساوي على ثلاثة من تسلسل الحمض النووي. نظرًا لطبيعة التعبير الجيني الثلاثي بواسطة الكودونات ، يمكن أن يؤدي الإدراج أو الحذف إلى تعطيل إطار القراءة ، أو تجميع الكودونات ، مما يؤدي إلى ترجمة مختلفة تمامًا عن الترجمة الأصلية. [47] كلما حدث الحذف أو الإدخال في وقت مبكر ، كلما تغير إنتاج البروتين. (على سبيل المثال ، أكواد CCU GAC UAC CUA للأحماض الأمينية البرولين ، وحمض الأسبارتيك ، والتيروزين ، والليوسين. إذا تم حذف U في CCU ، فسيكون التسلسل الناتج هو CCG ACU ACC UAx ، والذي سيرمز بدلاً من ذلك إلى البرولين ، ثريونين ، ثريونين ، وجزء من حمض أميني آخر أو ربما كودون توقف (حيث تشير x إلى النوكليوتيدات التالية).) على النقيض من ذلك ، يُطلق على أي إدخال أو حذف قابل للقسمة على ثلاثة طفرة في الإطار.
    • تؤدي طفرة الاستبدال النقطي إلى تغيير في نوكليوتيد واحد ويمكن أن تكون إما مترادفة أو غير مترادفة.
      • يحل الاستبدال المرادف محل الكودون بكودون آخر يرمز لنفس الحمض الأميني ، بحيث لا يتم تعديل تسلسل الأحماض الأمينية المنتجة. تحدث الطفرات المترادفة بسبب الطبيعة المتدهورة للشفرة الجينية. إذا لم ينتج عن هذه الطفرة أي تأثيرات نمطية ، فإنها تسمى صامتة ، ولكن ليست كل البدائل المترادفة صامتة. (يمكن أيضًا أن تكون هناك طفرات صامتة في النيوكليوتيدات خارج مناطق الترميز ، مثل الإنترونات ، لأن تسلسل النوكليوتيدات الدقيق ليس حاسمًا كما هو الحال في مناطق الترميز ، لكن هذه لا تعتبر بدائل مترادفة.)
      • يحل الاستبدال غير المرادف محل الكودون بكودون آخر يرمز لحمض أميني مختلف ، بحيث يتم تعديل تسلسل الأحماض الأمينية المنتجة. يمكن تصنيف البدائل غير المرادفة على أنها طفرات غير منطقية أو مغلوطة:
        • تغير طفرة مغلوطة النيوكليوتيدات لتتسبب في استبدال حمض أميني مختلف. وهذا بدوره يمكن أن يجعل البروتين الناتج غير وظيفي. هذه الطفرات مسؤولة عن أمراض مثل انحلال البشرة الفقاعي ومرض الخلايا المنجلية والتصلب الجانبي الضموري SOD1. [48] ​​من ناحية أخرى ، إذا حدثت طفرة مغلوطة في كودون حمض أميني ينتج عنه استخدام حمض أميني مختلف ، ولكنه متشابه كيميائيًا ، ففي بعض الأحيان يحدث تغيير طفيف أو معدوم في البروتين. على سبيل المثال ، سيؤدي التغيير من AAA إلى AGA إلى تشفير الأرجينين ، وهو جزيء مشابه كيميائيًا لليسين المقصود. في هذه الحالة الأخيرة ، سيكون للطفرة تأثير ضئيل أو معدوم على النمط الظاهري وبالتالي تكون محايدة.
        • الطفرة غير المنطقية هي طفرة نقطية في سلسلة من الحمض النووي ينتج عنها كودون توقف سابق لأوانه ، أو كودون هراء في mRNA المنسوخ ، وربما منتج بروتين مبتور وغير وظيفي في كثير من الأحيان. تم ربط هذا النوع من الطفرات بأمراض مختلفة ، مثل تضخم الغدة الكظرية الخلقي. (انظر وقف الكودون.)

        حسب التأثير على وظيفة التحرير

        • تؤدي طفرات فقدان الوظيفة ، التي تسمى أيضًا الطفرات المعطلة ، إلى أن يكون للمنتج الجيني وظيفة أقل أو معدومة (معطل جزئيًا أو كليًا). عندما يعاني الأليل من فقدان كامل لوظائفه (أليل فارغ) ، فإنه غالبًا ما يطلق عليه طفرة غير متبلورة أو غير متبلورة في مخطط مورف للأشكال. غالبًا ما تكون الأنماط الظاهرية المرتبطة بهذه الطفرات متنحية. الاستثناءات هي عندما يكون الكائن الحي أحادي الصيغة الصبغية ، أو عندما لا تكون الجرعة المخفضة لمنتج الجين الطبيعي كافية لنمط ظاهري عادي (وهذا ما يسمى بالضعف الفرداني). الطفرات ، التي تسمى أيضًا الطفرات التنشيطية ، تغير منتج الجين بحيث يصبح تأثيره أقوى (التنشيط المعزز) أو حتى يتم استبداله بوظيفة مختلفة وغير طبيعية. عندما يتم إنشاء الأليل الجديد ، فإن الزيجوت المتغاير الذي يحتوي على الأليل الذي تم إنشاؤه حديثًا بالإضافة إلى الأصل سوف يعبر عن الأليل الجديد وراثيًا ، وهذا يحدد الطفرات على أنها أنماط ظاهرية سائدة. تتوافق العديد من أشكال Muller مع اكتساب الوظيفة ، بما في ذلك hypermorph (زيادة التعبير الجيني) و neomorph (وظيفة جديدة). في ديسمبر 2017 ، رفعت الحكومة الأمريكية الحظر المؤقت الذي تم تنفيذه في عام 2014 والذي حظر التمويل الفيدرالي لأي تجارب جديدة لـ "اكتساب الوظيفة" التي تعزز مسببات الأمراض "مثل أنفلونزا الطيور والسارس ومتلازمة الشرق الأوسط التنفسية أو فيروسات MERS." [49] [50]
        • الطفرات السلبية السائدة (وتسمى أيضًا الطفرات المضادة للتشكل) لها منتج جيني متغير يعمل بشكل معاكس للأليل من النوع البري. عادة ما تؤدي هذه الطفرات إلى تغيير الوظيفة الجزيئية (غالبًا غير نشطة) وتتميز بنمط ظاهري سائد أو شبه مهيمن. في البشر ، تورطت الطفرات السلبية السائدة في السرطان (على سبيل المثال ، الطفرات في الجينات p53 ، [51] ATM ، [52] CEBPA [53] و PPARgamma [54]). تحدث متلازمة مارفان بسبب طفرات في FBN1 الجين الموجود على الكروموسوم 15 ، والذي يشفر الفيبريلين -1 ، وهو مكون بروتين سكري في المصفوفة خارج الخلية. [55] متلازمة مارفان هي أيضًا مثال على الطفرة السلبية السائدة وقصور الفرد. [56] [57] ، بعد تصنيف مولر ، تتميز بمنتجات جينية متغيرة تعمل على تقليل التعبير الجيني مقارنة بأليل النوع البري. عادةً ما تكون الطفرات ناقصة الشكل متنحية ، لكن عدم كفاية الفردانية يتسبب في أن تكون بعض الأليلات هي المسيطرة. تتميز بالتحكم في تخليق منتج بروتيني جديد. هي طفرات تؤدي إلى موت الكائنات الحية التي تحمل الطفرات.
        • الطفرة الخلفية أو الارتداد هي طفرة نقطية تعيد التسلسل الأصلي ومن ثم النمط الظاهري الأصلي. [58]

        بالتأثير على اللياقة (الطفرات الضارة ، المفيدة ، المحايدة) تحرير

        في علم الوراثة ، من المفيد أحيانًا تصنيف الطفرات على أنها إما ضار أو مفيد (أو حيادي):

        • إن حدوث طفرة ضارة أو ضارة تقلل من ملاءمة الكائن الحي. العديد من الطفرات ، وليس كلها ، في الجينات الأساسية ضارة (إذا لم تغير الطفرة تسلسل الأحماض الأمينية في بروتين أساسي ، فهي غير ضارة في معظم الحالات).
        • تزيد الطفرة المفيدة أو المفيدة من لياقة الكائن الحي. ومن الأمثلة على ذلك الطفرات التي تؤدي إلى مقاومة البكتيريا للمضادات الحيوية (وهي مفيدة للبكتيريا ولكنها ليست مفيدة للبشر عادةً).
        • الطفرة المحايدة ليس لها تأثير ضار أو مفيد على الكائن الحي. تحدث هذه الطفرات بمعدل ثابت ، وتشكل أساس الساعة الجزيئية. في النظرية المحايدة للتطور الجزيئي ، توفر الطفرات المحايدة الانجراف الجيني كأساس لمعظم الاختلافات على المستوى الجزيئي. في الحيوانات أو النباتات ، تكون معظم الطفرات محايدة ، نظرًا لأن الغالبية العظمى من جينوماتها إما غير مشفرة أو تتكون من تسلسلات متكررة ليس لها وظيفة واضحة ("DNA غير المرغوب فيه"). [59]

        شاشات الطفرات الكمية واسعة النطاق، حيث يتم اختبار آلاف الملايين من الطفرات ، نجد دائمًا أن جزءًا أكبر من الطفرات له آثار ضارة ولكنه دائمًا ما يُرجع عددًا من الطفرات المفيدة أيضًا. على سبيل المثال ، في شاشة جميع عمليات حذف الجينات بتنسيق بكتريا قولونية، 80٪ من الطفرات كانت سلبية ، لكن 20٪ كانت إيجابية ، على الرغم من أن العديد منها كان لها تأثير ضئيل جدًا على النمو (حسب الحالة). [60] لاحظ أن الجين الحذف تتضمن إزالة الجينات الكاملة ، بحيث يكون للطفرات النقطية دائمًا تأثير أصغر بكثير. في شاشة مماثلة في العقدية الرئوية، ولكن هذه المرة مع إدخال الينقولات ، تم تصنيف 76 ٪ من طفرات الإدراج على أنها محايدة ، و 16 ٪ كان لديها لياقة منخفضة بشكل ملحوظ ، ولكن 6 ٪ كانت مفيدة. [61]

        من الواضح أن هذا التصنيف نسبي ومصطنع إلى حد ما: يمكن أن تتحول الطفرة الضارة بسرعة إلى طفرات مفيدة عندما تتغير الظروف. على سبيل المثال ، تعتبر الطفرات التي أدت إلى تفتح الجلد عند القوقازيين مفيدة في المناطق الأقل تعرضًا لأشعة الشمس ولكنها ضارة في المناطق القريبة من خط الاستواء. أيضًا ، هناك تدرج من ضار / مفيد إلى محايد ، حيث قد يكون للعديد من الطفرات تأثيرات صغيرة ويمكن إهمالها في الغالب ولكن في ظل ظروف معينة ستصبح ذات صلة. أيضًا ، يتم تحديد العديد من السمات بواسطة مئات الجينات (أو المواقع) ، بحيث يكون لكل موضع تأثير طفيف فقط. على سبيل المثال ، يتم تحديد طول الإنسان من خلال مئات المتغيرات الجينية ("الطفرات") ولكن لكل منها تأثير طفيف جدًا على الطول ، [62] بصرف النظر عن تأثير التغذية. قد يكون الارتفاع (أو الحجم) نفسه مفيدًا إلى حد ما كما يظهر من النطاق الضخم للأحجام في مجموعات الحيوانات أو النباتات.

        توزيع تأثيرات اللياقة (DFE) تحرير

        بذلت محاولات لاستنتاج توزيع تأثيرات اللياقة (DFE) باستخدام تجارب الطفرات والنماذج النظرية المطبقة على بيانات التسلسل الجزيئي. DFE ، كما هو مستخدم لتحديد الوفرة النسبية لأنواع مختلفة من الطفرات (أي شديدة الضرر ، محايدة أو مفيدة) ، ذات صلة بالعديد من الأسئلة التطورية ، مثل الحفاظ على التنوع الجيني ، [63] معدل التحلل الجيني ، [64] الحفاظ على التهجين الجنسي للتكاثر مقابل زواج الأقارب [65] وتطور الجنس وإعادة التركيب الجيني. [66] يمكن أيضًا تتبع DFE من خلال تتبع الانحراف في توزيع الطفرات ذات التأثيرات الشديدة المفترضة مقارنة بتوزيع الطفرات ذات التأثير الخفيف أو الغائب المفترض. [67] باختصار ، يلعب DFE دورًا مهمًا في توقع الديناميكيات التطورية. [68] [69] تم استخدام مجموعة متنوعة من الأساليب لدراسة DFE ، بما في ذلك الأساليب النظرية والتجريبية والتحليلية.

        • تجربة الطفرات: الطريقة المباشرة للتحقيق في DFE هي إحداث الطفرات ثم قياس تأثيرات اللياقة الطفرية ، والتي تم إجراؤها بالفعل في الفيروسات والبكتيريا والخميرة و ذبابة الفاكهة. على سبيل المثال ، استخدمت معظم دراسات DFE في الفيروسات الطفرات الموجهة للموقع لإنشاء طفرات نقطية وقياس اللياقة النسبية لكل متحولة. [70] [71] [72] [73] في الإشريكية القولونية، استخدمت إحدى الدراسات طفرات الينقولات لقياس ملاءمة الإدراج العشوائي لمشتق Tn10. [74] في الخميرة ، تم تطوير نهج الطفرات والتسلسل العميق المشترك لإنشاء مكتبات متحولة منهجية عالية الجودة وقياس اللياقة في الإنتاجية العالية.[75] ومع ذلك ، نظرًا لأن العديد من الطفرات لها تأثيرات صغيرة جدًا بحيث لا يمكن اكتشافها [76] وأن تجارب الطفرات يمكنها فقط اكتشاف الطفرات ذات التأثير الكبير إلى حد ما ، يمكن أن يوفر تحليل بيانات تسلسل الحمض النووي معلومات قيمة حول هذه الطفرات.
        • تحليل التسلسل الجزيئي: مع التطور السريع لتقنية تسلسل الحمض النووي ، يتوفر قدر هائل من بيانات تسلسل الحمض النووي ، بل ويتوفر المزيد في المستقبل. تم تطوير طرق مختلفة لاستنتاج DFE من بيانات تسلسل الحمض النووي. [77] [78] [79] [80] من خلال فحص اختلافات تسلسل الحمض النووي داخل الأنواع وفيما بينها ، يمكننا استنتاج خصائص مختلفة من DFE للطفرات المحايدة والضارة والمفيدة. [24] على وجه التحديد ، يتيح لنا نهج تحليل تسلسل الحمض النووي تقدير تأثيرات الطفرات ذات التأثيرات الصغيرة جدًا ، والتي يصعب اكتشافها من خلال تجارب الطفرات.

        تم إجراء واحدة من أولى الدراسات النظرية لتوزيع تأثيرات اللياقة البدنية بواسطة Motoo Kimura ، عالم الوراثة النظرية السكانية المؤثر. تقترح نظريته المحايدة للتطور الجزيئي أن معظم الطفرات الجديدة ستكون ضارة للغاية ، مع وجود جزء صغير محايد. [81] [25] اقترح هيروشي أكاشي مؤخرًا نموذجًا ثنائي الوضع لـ DFE ، مع أوضاع تتمحور حول الطفرات الضارة للغاية والمحايدة. [82] تتفق النظريتان على أن الغالبية العظمى من الطفرات الجديدة محايدة أو ضارة وأن الطفرات المفيدة نادرة ، وهو ما تم دعمه بالنتائج التجريبية. أحد الأمثلة هو دراسة أجريت على DFE للطفرات العشوائية في فيروس التهاب الفم الحويصلي. [70] من بين جميع الطفرات ، كانت 39.6٪ قاتلة ، و 31.2٪ كانت ضارة غير مميتة ، و 27.1٪ كانت محايدة. مثال آخر يأتي من تجربة الطفرات عالية الإنتاجية مع الخميرة. [75] في هذه التجربة تبين أن DFE الكلي هو ثنائي النسق ، مع مجموعة من الطفرات المحايدة ، وتوزيع واسع للطفرات الضارة.

        على الرغم من أن الطفرات القليلة نسبيًا مفيدة ، إلا أن تلك التي تلعب دورًا مهمًا في التغيرات التطورية. [83] مثل الطفرات المحايدة ، يمكن أن تفقد الطفرات المفيدة المنتقاة بشكل ضعيف بسبب الانجراف الجيني العشوائي ، ولكن الطفرات المفيدة المختارة بقوة تزداد احتمالية إصلاحها. قد تؤدي معرفة DFE للطفرات المفيدة إلى زيادة القدرة على التنبؤ بالديناميات التطورية. العمل النظري على DFE للطفرات المفيدة تم إجراؤه بواسطة John H. Gillespie [84] و H. Allen Orr. [85] اقترحوا أن توزيع الطفرات المفيدة يجب أن يكون أسيًا في ظل مجموعة واسعة من الظروف ، والتي تم دعمها بشكل عام من خلال الدراسات التجريبية ، على الأقل بالنسبة للطفرات المفيدة المختارة بشدة. [86] [87] [88]

        بشكل عام ، من المقبول أن غالبية الطفرات محايدة أو ضارة ، مع ندرة الطفرات المفيدة ، ومع ذلك ، تختلف نسبة أنواع الطفرات بين الأنواع. يشير هذا إلى نقطتين مهمتين: أولاً ، من المرجح أن تختلف نسبة الطفرات المحايدة بشكل فعال بين الأنواع ، الناتجة عن الاعتماد على حجم السكان الفعال ثانيًا ، يختلف متوسط ​​تأثير الطفرات الضارة بشكل كبير بين الأنواع. [24] بالإضافة إلى ذلك ، يختلف DFE أيضًا بين مناطق الترميز والمناطق غير المشفرة ، حيث يحتوي DFE للحمض النووي غير المشفر على طفرات مختارة بشكل ضعيف. [24]

        بالوراثة تحرير

        في الكائنات متعددة الخلايا ذات الخلايا التناسلية المخصصة ، يمكن تقسيم الطفرات إلى طفرات في السلالة الجرثومية ، والتي يمكن أن تنتقل إلى المتحدرين من خلال خلاياهم الإنجابية ، والطفرات الجسدية (وتسمى أيضًا الطفرات المكتسبة) ، [89] والتي تشمل خلايا خارج المجموعة التناسلية المخصصة و التي لا تنتقل عادة إلى الأحفاد.

        تحتوي الكائنات ثنائية الصبغة (مثل البشر) على نسختين من كل جين - أليل أب وأليل. بناءً على حدوث طفرة في كل كروموسوم ، يمكننا تصنيف الطفرات إلى ثلاثة أنواع. النوع البري أو الكائن غير المتحور متماثل الزيجوت هو النوع الذي لا يتحور فيه أي من الأليل.

        • الطفرة غير المتجانسة هي طفرة في أليل واحد فقط.
        • الطفرة المتماثلة اللواقح هي طفرة متطابقة لكل من الأليلات الأب والأم. الطفرات أو المركب الجيني يتكون من طفرتين مختلفتين في الأليلات الأب والأم. [90]

        تحرير طفرة السلالة الجرثومية

        تؤدي طفرة السلالة الجرثومية في الخلايا الإنجابية للفرد إلى ظهور أ طفرة دستورية في النسل ، أي طفرة موجودة في كل خلية. يمكن أن تحدث الطفرة الدستورية أيضًا بعد فترة وجيزة من الإخصاب ، أو تستمر من طفرة دستورية سابقة في أحد الوالدين. [91] يمكن أن تنتقل طفرة السلالة الجرثومية عبر الأجيال اللاحقة من الكائنات الحية.

        يعتبر التمييز بين الطفرات الجينية والجسدية أمرًا مهمًا في الحيوانات التي لديها خط جرثومي مخصص لإنتاج الخلايا التناسلية. ومع ذلك ، فهي قليلة القيمة في فهم آثار الطفرات في النباتات ، التي تفتقر إلى خط جرثومي مخصص. التمييز أيضًا غير واضح في تلك الحيوانات التي تتكاثر لاجنسيًا من خلال آليات مثل التبرعم ، لأن الخلايا التي تؤدي إلى ظهور الكائنات الحية البنت تؤدي أيضًا إلى ظهور السلالة الجرثومية لهذا الكائن الحي.

        تسمى طفرة السلالة الجرثومية الجديدة غير الموروثة من أي من الوالدين أ من جديد طفره.

        تعديل الطفرة الجسدية

        يسمى التغيير في البنية الجينية غير الموروثة من أحد الوالدين ، ولا ينتقل أيضًا إلى النسل ، الطفرة الجسدية. [89] لا يتم توريث الطفرات الجسدية من قبل نسل الكائن الحي لأنها لا تؤثر على السلالة الجرثومية. ومع ذلك ، فإنها تنتقل إلى كل ذرية الخلية الطافرة داخل نفس الكائن الحي أثناء الانقسام الفتيلي. لذلك قد يحمل قسم كبير من الكائن الحي نفس الطفرة. عادة ما تكون هذه الأنواع من الطفرات ناتجة عن أسباب بيئية ، مثل الأشعة فوق البنفسجية أو أي تعرض لبعض المواد الكيميائية الضارة ، ويمكن أن تسبب أمراضًا بما في ذلك السرطان. [92]

        مع النباتات ، يمكن نشر بعض الطفرات الجسدية دون الحاجة إلى إنتاج البذور ، على سبيل المثال ، عن طريق التطعيم وعقل الساق. وقد أدى هذا النوع من الطفرات إلى ظهور أنواع جديدة من الفاكهة ، مثل التفاح "اللذيذ" وبرتقال "واشنطن" السرة. [93]

        تمتلك الخلايا الجسدية للإنسان والفأر معدل طفرة أعلى بعشر مرات من معدل طفرة السلالة الجرثومية لكلا النوعين من الفئران لديها معدل أعلى من الطفرات الجسدية والطفرات الجرثومية لكل انقسام خلوي مقارنة بالبشر. من المحتمل أن يعكس التباين في معدل الطفرات بين السلالة الجرثومية والأنسجة الجسدية الأهمية الأكبر لصيانة الجينوم في السلالة الجرثومية مقارنة بالسوما. [94]

        فصول خاصة تحرير

        • طفرة شرطية هي طفرة لها نمط ظاهري من النوع البري (أو أقل حدة) في ظل ظروف بيئية معينة "متساهلة" ونمط ظاهري متحور في ظل ظروف "تقييدية" معينة. على سبيل المثال ، يمكن أن تسبب طفرة حساسة لدرجة الحرارة موت الخلية عند درجة حرارة عالية (حالة تقييدية) ، ولكن قد لا يكون لها عواقب ضارة عند درجة حرارة منخفضة (حالة متساهلة). [95] هذه الطفرات غير مستقلة ، حيث يعتمد ظهورها على وجود ظروف معينة ، على عكس الطفرات الأخرى التي تظهر بشكل مستقل. [96] قد تكون الظروف المسموح بها هي درجة الحرارة ، [97] مواد كيميائية معينة ، [98] ضوء [98] أو طفرات في أجزاء أخرى من الجينوم. [96]فيفيفو يمكن لآليات مثل مفاتيح النسخ إنشاء طفرات شرطية. على سبيل المثال ، يمكن أن يؤدي ارتباط مجال ربط الستيرويد إلى إنشاء مفتاح نسخ يمكن أن يغير تعبير الجين بناءً على وجود يجند الستيرويد. [99] للطفرات الشرطية تطبيقات في البحث لأنها تسمح بالتحكم في التعبير الجيني. هذا مفيد بشكل خاص في دراسة الأمراض عند البالغين من خلال السماح بالتعبير بعد فترة معينة من النمو ، وبالتالي القضاء على التأثير الضار للتعبير الجيني الذي يظهر خلال مراحل التطور في الكائنات الحية النموذجية. [98] أنظمة إعادة تركيب الحمض النووي مثل إعادة تركيب Cre-Lox المستخدمة بالاشتراك مع المحفزات التي يتم تنشيطها في ظل ظروف معينة يمكن أن تولد طفرات شرطية. يمكن استخدام تقنية إعادة التركيب المزدوج للحث على الطفرات الشرطية المتعددة لدراسة الأمراض التي تظهر نتيجة الطفرات المتزامنة في جينات متعددة. [98] تم التعرف على بعض inteins التي تلتصق فقط في درجات حرارة معينة تسمح بتركيب البروتين بشكل غير صحيح ، وبالتالي حدوث طفرات فقدان الوظيفة في درجات حرارة أخرى. [100] يمكن أيضًا استخدام الطفرات الشرطية في الدراسات الجينية المرتبطة بالشيخوخة ، حيث يمكن تغيير التعبير بعد فترة زمنية معينة من عمر الكائن الحي. [97]
        • توقيت النسخ المتماثل يؤثر مواضع السمات الكمية على تكرار الحمض النووي.

        تحرير التسمية

        لتصنيف الطفرة على هذا النحو ، يجب الحصول على التسلسل "الطبيعي" من الحمض النووي لكائن حي "طبيعي" أو "صحي" (على عكس الكائن "الطافر" أو "المريض") ، يجب تحديده و تم الإبلاغ عنه بشكل مثالي ، يجب إتاحته للجمهور لإجراء مقارنة مباشرة بين النيوكليوتيدات والنيوكليوتيدات ، والاتفاق عليها من قبل المجتمع العلمي أو من قبل مجموعة من علماء الوراثة وعلماء الأحياء الخبراء ، الذين يتحملون مسؤولية إنشاء اساسي أو ما يسمى تسلسل "توافق الآراء". هذه الخطوة تتطلب جهدا علميا هائلا. بمجرد معرفة تسلسل الإجماع ، يمكن تحديد الطفرات في الجينوم ووصفها وتصنيفها. قامت لجنة جمعية تباين الجينوم البشري (HGVS) بتطوير التسمية القياسية لمتغير التسلسل البشري ، [101] والتي يجب استخدامها من قبل الباحثين ومراكز تشخيص الحمض النووي لتوليد أوصاف طفرات لا لبس فيها. من حيث المبدأ ، يمكن أيضًا استخدام هذه التسمية لوصف الطفرات في الكائنات الحية الأخرى. تحدد التسمية نوع الطفرة والتغيرات القاعدية أو الأحماض الأمينية.

        • استبدال النوكليوتيدات (على سبيل المثال ، 76A & gtT) - الرقم هو موضع النيوكليوتيدات من الطرف 5 'يمثل الحرف الأول النوكليوتيدات من النوع البري ، ويمثل الحرف الثاني النيوكليوتيد الذي حل محل النوع البري. في المثال المعطى ، تم استبدال الأدينين في الموضع 76 بالثيمين.
          • إذا أصبح من الضروري التفريق بين الطفرات في الحمض النووي الجيني والحمض النووي للميتوكوندريا والحمض النووي الريبي ، يتم استخدام اصطلاح بسيط. على سبيل المثال ، إذا تحورت القاعدة 100 من تسلسل النوكليوتيدات من G إلى C ، فسيتم كتابتها كـ g.100G & gtC إذا حدثت الطفرة في الحمض النووي الجيني ، m.100G & gtC إذا حدثت الطفرة في DNA الميتوكوندريا ، أو 100g & gtc إذا حدثت الطفرة في الحمض النووي الريبي. لاحظ أنه بالنسبة للطفرات في الحمض النووي الريبي ، تتم كتابة كود النوكليوتيدات بأحرف صغيرة.

          تختلف معدلات الطفرات بشكل كبير عبر الأنواع ، والقوى التطورية التي تحدد الطفرة بشكل عام هي موضوع التحقيق المستمر.

          في البشر، معدل الطفرة حوالي 50-90 من جديد الطفرات لكل جينوم لكل جيل ، أي أن كل إنسان يراكم حوالي 50-90 طفرة جديدة لم تكن موجودة في والديه. تم تحديد هذا الرقم من خلال تسلسل آلاف من الثلاثي البشري ، أي والدين وطفل واحد على الأقل. [102]

          تستند جينومات فيروسات الحمض النووي الريبي على الحمض النووي الريبي بدلاً من الحمض النووي. يمكن أن يكون جينوم الحمض النووي الريبي الفيروسي مزدوج الشريطة (كما في الحمض النووي) أو أحادي السلسلة. في بعض هذه الفيروسات (مثل فيروس نقص المناعة البشرية وحيد الخيط) ، يحدث التكاثر بسرعة ، ولا توجد آليات لفحص الجينوم للتأكد من دقته. غالبًا ما تؤدي هذه العملية المعرضة للخطأ إلى حدوث طفرات.

          يمكن أن تتسبب التغييرات في الحمض النووي الناتجة عن طفرة في منطقة ترميز الحمض النووي في حدوث أخطاء في تسلسل البروتين قد ينتج عنها بروتينات غير وظيفية جزئيًا أو كليًا. لكي تعمل كل خلية بشكل صحيح ، تعتمد على آلاف البروتينات لتعمل في الأماكن الصحيحة في الأوقات المناسبة. عندما تغير طفرة بروتين يلعب دورًا حاسمًا في الجسم ، يمكن أن تحدث حالة طبية. دراسة واحدة حول مقارنة الجينات بين أنواع مختلفة من ذبابة الفاكهة يقترح أنه إذا غيرت الطفرة بروتينًا ما ، فمن المرجح أن تكون الطفرة ضارة ، مع ما يقدر بنحو 70 في المائة من تعدد أشكال الأحماض الأمينية لها آثار ضارة ، والباقي إما محايد أو ضعيف الفائدة. [8] بعض الطفرات تغير تسلسل قاعدة الحمض النووي للجين ولكنها لا تغير البروتين الذي يصنعه الجين. أظهرت الدراسات أن 7٪ فقط من الطفرات النقطية في الدنا غير المشفر للخميرة ضارة و 12٪ في الدنا المشفر ضارة. بقية الطفرات إما محايدة أو مفيدة قليلاً. [103]

          الاضطرابات الموروثة تحرير

          في حالة وجود طفرة في خلية جرثومية ، يمكن أن تؤدي إلى نسل يحمل الطفرة في جميع خلاياها. هذا هو الحال في الأمراض الوراثية. على وجه الخصوص ، إذا كانت هناك طفرة في جين إصلاح الحمض النووي داخل خلية جرثومية ، فإن البشر الذين يحملون مثل هذه الطفرات الجرثومية قد يكونون أكثر عرضة للإصابة بالسرطان. ترد قائمة بـ 34 طفرة في السلالة الجرثومية في مقالة اضطراب نقص إصلاح الحمض النووي. مثال على ذلك هو المهق ، وهو طفرة تحدث في جين OCA1 أو OCA2. الأفراد المصابون بهذا الاضطراب أكثر عرضة لأنواع عديدة من السرطانات واضطرابات أخرى ولديهم ضعف في الرؤية.

          يمكن أن يتسبب تلف الحمض النووي في حدوث خطأ عند تكرار الحمض النووي ، ويمكن أن يتسبب هذا الخطأ في التكرار في حدوث طفرة جينية يمكن أن تسبب بدورها اضطرابًا وراثيًا. يتم إصلاح أضرار الحمض النووي بواسطة نظام إصلاح الحمض النووي للخلية. تحتوي كل خلية على عدد من المسارات التي من خلالها تتعرف الإنزيمات على الأضرار في الحمض النووي وتصلحها. نظرًا لأن الحمض النووي يمكن أن يتلف بعدة طرق ، فإن عملية إصلاح الحمض النووي هي طريقة مهمة يحمي بها الجسم نفسه من المرض. بمجرد أن يؤدي تلف الحمض النووي إلى ظهور طفرة ، لا يمكن إصلاح الطفرة.

          دور في تحرير التسرطن

          من ناحية أخرى ، قد تحدث طفرة في الخلية الجسدية للكائن الحي. ستكون مثل هذه الطفرات موجودة في جميع أحفاد هذه الخلية داخل نفس الكائن الحي. تراكم بعض الطفرات على مدى أجيال من الخلايا الجسدية هو جزء من سبب التحول الخبيث ، من خلية طبيعية إلى خلية سرطانية. [104]

          قد تعمل الخلايا ذات طفرات فقدان الوظيفة غير المتجانسة (نسخة جيدة واحدة من الجين ونسخة واحدة متحولة) بشكل طبيعي مع النسخة غير المطفرة حتى يتم تحوير النسخة الجيدة تلقائيًا بشكل جسدي. يحدث هذا النوع من الطفرات غالبًا في الكائنات الحية ، لكن من الصعب قياس المعدل. قياس هذا المعدل مهم في التنبؤ بالمعدل الذي قد يصاب به الناس بالسرطان. [105]

          قد تنشأ الطفرات النقطية من الطفرات العفوية التي تحدث أثناء تكرار الحمض النووي. يمكن زيادة معدل الطفرة بواسطة المطفرات. يمكن أن تكون المطفرات فيزيائية ، مثل الإشعاع من الأشعة فوق البنفسجية أو الأشعة السينية أو الحرارة الشديدة ، أو المواد الكيميائية (الجزيئات التي تسيء إلى أزواج القواعد أو تعطل الشكل الحلزوني للحمض النووي). غالبًا ما تتم دراسة المطفرات المرتبطة بالسرطان للتعرف على السرطان والوقاية منه.

          طفرات البريون تحرير

          البريونات هي بروتينات ولا تحتوي على مادة وراثية. ومع ذلك ، فقد ثبت أن تكاثر البريون يخضع للطفرة والانتقاء الطبيعي تمامًا مثل أشكال النسخ المتماثل الأخرى. [106] الجين البشري يرمز PRNP لبروتين البريون الرئيسي ، PrP ، ويخضع للطفرات التي يمكن أن تؤدي إلى البريونات المسببة للأمراض.

          على الرغم من أن الطفرات التي تسبب تغيرات في تسلسل البروتين يمكن أن تكون ضارة للكائن الحي ، فقد يكون التأثير إيجابيًا في بعض الأحيان في بيئة معينة. في هذه الحالة ، قد تمكن الطفرة الكائن الطافرة من تحمل ضغوط بيئية معينة أفضل من الكائنات البرية ، أو التكاثر بسرعة أكبر. في هذه الحالات ، تميل الطفرة إلى أن تصبح أكثر شيوعًا بين السكان من خلال الانتقاء الطبيعي. تشمل الأمثلة ما يلي:

          مقاومة فيروس نقص المناعة البشرية: حذف 32 زوجًا أساسيًا محددًا في CCR5 البشري (CCR5-Δ32) يمنح مقاومة فيروس نقص المناعة البشرية لمتجانسة الزيجوت ويؤخر ظهور الإيدز في الزيجوت متغايرة الزيجوت. [107] أحد التفسيرات المحتملة لمسببات التكرار المرتفع نسبيًا لـ CCR5-Δ32 في السكان الأوروبيين هو أنه منح مقاومة للطاعون الدبلي في منتصف القرن الرابع عشر في أوروبا. كان الأشخاص المصابون بهذه الطفرة أكثر عرضة للبقاء على قيد الحياة من العدوى ، وبالتالي زاد تواترها بين السكان. [108] يمكن لهذه النظرية أن تفسر سبب عدم وجود هذه الطفرة في جنوب إفريقيا ، والتي ظلت بمنأى عن الطاعون الدبلي. تشير نظرية أحدث إلى أن الضغط الانتقائي على طفرة CCR5 Delta 32 كان سببه الجدري بدلاً من الطاعون الدبلي. [109]

          مقاومة الملاريا: مثال على الطفرة الضارة مرض الخلايا المنجلية ، وهو اضطراب في الدم ينتج فيه الجسم نوعًا غير طبيعي من مادة الهيموجلوبين الحاملة للأكسجين في خلايا الدم الحمراء. يحمل ثلث جميع السكان الأصليين في أفريقيا جنوب الصحراء الأليل ، لأنه في المناطق التي تنتشر فيها الملاريا ، توجد قيمة للبقاء في حمل أليل خلية منجل واحد فقط (سمة الخلية المنجلية). [110] الأشخاص المصابون بواحد فقط من الأليلين لمرض الخلايا المنجلية يكونون أكثر مقاومة للملاريا ، منذ الإصابة بالملاريا المتصورة يوقفه منجل الخلايا التي يصيبها.

          مقاومة المضادات الحيوية: عمليًا ، تطور جميع البكتيريا مقاومة للمضادات الحيوية عند تعرضها للمضادات الحيوية. في الواقع ، لدى التجمعات البكتيرية بالفعل مثل هذه الطفرات التي يتم اختيارها تحت اختيار المضادات الحيوية. [111] من الواضح أن مثل هذه الطفرات مفيدة فقط للبكتيريا ولكن ليس للمصابين.

          استدامة اللاكتيز. سمحت طفرة للبشر بالتعبير عن إنزيم اللاكتيز بعد فطامهم بشكل طبيعي من حليب الثدي ، مما سمح للبالغين بهضم اللاكتوز ، والذي من المحتمل أن يكون أحد أكثر الطفرات فائدة في التطور البشري الحديث. [112]

          الطفرة هو أحد البدائل العديدة للتطور عن طريق الانتقاء الطبيعي التي كانت موجودة قبل وبعد نشر كتاب تشارلز داروين عام 1859 ، حول أصل الأنواع. في النظرية ، كانت الطفرة مصدر التجديد ، وخلقت أشكالًا جديدة وأنواعًا جديدة ، من المحتمل أن تكون فورية ، [113] في قفزة مفاجئة. [114] كان من المتصور أن هذا يقود التطور ، والذي كان محدودًا بتزويد الطفرات.

          قبل داروين ، كان علماء الأحياء يؤمنون عمومًا بالملحية ، وإمكانية القفزات التطورية الكبيرة ، بما في ذلك الانتواع الفوري. على سبيل المثال ، في عام 1822 جادل إتيان جيفروي سانت هيلير بأن الأنواع يمكن أن تتشكل من خلال التحولات المفاجئة ، أو ما سيطلق عليه لاحقًا الطفرة الكبيرة. [115] عارض داروين الملوحة ، وأصر على التدرج في التطور كما في الجيولوجيا. في عام 1864 ، أعاد ألبرت فون كوليكر إحياء نظرية جيفروي. [116] في عام 1901 ، أطلق عالم الوراثة هوغو دي فريس اسم "طفرة" على أشكال تبدو جديدة ظهرت فجأة في تجاربه في زهرة الربيع المسائية Oenothera lamarckiana، وفي العقد الأول من القرن العشرين ، الطفرات ، أو كما أطلق عليها دي فريس الطفرة النظرية، [117] [113] أصبح منافسًا للداروينية مدعومًا لفترة من قبل علماء الوراثة بما في ذلك ويليام بيتسون ، [118] توماس هانت مورغان ، وريجينالد بونيت. [119] [113]

          إن فهم الطفرات يخيم عليه تصوير منتصف القرن العشرين للطفرات المبكرة من قبل مؤيدي التوليف الحديث كمعارضين للتطور الدارويني ومنافسين لمدرسة القياسات الحيوية الذين جادلوا بأن الاختيار يعمل على التباين المستمر. في هذا التصوير ، هُزمت الطفرة من خلال توليفة من علم الوراثة والانتقاء الطبيعي التي من المفترض أنها بدأت لاحقًا ، حوالي عام 1918 ، مع عمل عالم الرياضيات رونالد فيشر. [120] [121] [122] [123] ومع ذلك ، فإن محاذاة علم الوراثة المندلية والانتقاء الطبيعي بدأ في وقت مبكر من عام 1902 مع ورقة كتبها أودني يول ، [124] وتكوّن مع العمل النظري والتجريبي في أوروبا وأمريكا. على الرغم من الجدل ، فإن دعاة الطفرات الأوائل قد قبلوا بالفعل بحلول عام 1918 الانتقاء الطبيعي وشرحوا التباين المستمر كنتيجة لتعدد الجينات التي تعمل على نفس الخاصية ، مثل الطول. [121] [122]

          تم تجاهل الطفرة ، جنبًا إلى جنب مع البدائل الأخرى للداروينية مثل اللاماركية والتكوين العظمي ، من قبل معظم علماء الأحياء لأنهم توصلوا إلى رؤية أن علم الوراثة المندلية والانتقاء الطبيعي يمكن أن يعملوا معًا بسهولة وقد أخذت الطفرة مكانها كمصدر للتنوع الجيني الضروري لعمل الانتقاء الطبيعي. تشغيل. ومع ذلك ، فإن الطفرات لم تختف تمامًا. في عام 1940 ، جادل ريتشارد جولدشميدت مرة أخرى في خطوة واحدة من التكاثر عن طريق التحول الكبير ، واصفًا الكائنات الحية التي تم إنتاجها على هذا النحو بأنها "وحوش متفائلة" ، مما أدى إلى سخرية واسعة النطاق. [125] [126] في عام 1987 ، جادل ماساتوشي ني بشكل مثير للجدل بأن التطور غالبًا ما يكون محدودًا بالطفرات. [127] استنتج علماء الأحياء المعاصرون مثل دوجلاس جيه فوتويما أن جميع ادعاءات التطور التي تحركها طفرات كبيرة يمكن تفسيرها من خلال التطور الدارويني. [128]


          مراجع

          Rosenberg ، S.M. تتطور بشكل متجاوب: الطفرة التكيفية. نات. القس جينيه. 2, 504–515 (2001).

          Galhardo، R. S.، Hastings، P. J. & amp Rosenberg، S.M M mututation كاستجابة للتوتر وتنظيم القابلية للتطور. كريت. القس Biochem. مول. بيول. 42, 399–435 (2007).

          Martincorena، I.، Seshasayee، A. S. & amp Luscombe، N. M. تشير الدلائل على معدلات الطفرات غير العشوائية إلى استراتيجية تطورية لإدارة المخاطر. طبيعة سجية 485, 95–98 (2012).

          Paul، S.، Million-Weaver، S.، Chattopadhyay، S.، Sokurenko، E. & amp Merrikh، H. تطور الجينات المتسارع من خلال تعارضات النسخ المتماثل. طبيعة سجية 495, 512–515 (2013).

          Ram، Y. & amp Hadany، L. الطفرات التي يسببها الإجهاد والتكيف المعقد. بروك. بيول. علوم. 281, 20141025 (2014).

          لينش ، م. المحددات الخلوية والنمائية والجينية السكانية لتطور معدل الطفرات. علم الوراثة 180, 933–943 (2008). تقدم هذه الورقة لمحة عامة عن النظرية الجينية السكانية للضرر الانتقائي للأليل الطافر المرتبط بالتأثيرات غير المباشرة للطفرات الضارة المرتبطة تحت درجات عشوائية من إعادة التركيب ، وكذلك للتأثيرات المباشرة للطفرة الجسدية. تدرس هذه الورقة أيضًا الترددات المتوقعة للأليلات الطافرة في ظل توازن الانتقاء الطفري.

          لينش ، م. الحد الأدنى لتطور معدلات الطفرات. جينوم بيول. Evol. 3, 1107–1118 (2011). تطور هذه المقالة النظرية المرتبطة بفرضية حاجز الانجراف للحد الأدنى من تطور معدل الطفرات ، بالإضافة إلى نظرة عامة على الملاحظات التجريبية على معدلات الخطأ المرتبطة ببوليمرات الحمض النووي المختلفة.

          MacLean ، R. C. ، Torres-Barceló ، C. & amp Moxon ، R. تقييم النماذج التطورية للطفرات التي يسببها الإجهاد في البكتيريا. نات. القس جينيه. 14, 221–227 (2013). تقدم هذه الدراسة لمحة عامة عن النظرية التطورية في سياق الطفرات التي يسببها الإجهاد وتقدم بيانات داعمة لفكرة أن الطبيعة المعرضة للخطأ للبوليميرات المرتبطة بمثل هذه الأنشطة قد وصلت إلى مثل هذه الحالة عن طريق الانجراف الجيني.

          Kimura، M. حول التعديل التطوري لمعدلات الطفرات العفوية. جينيه. الدقة. 9, 23–34 (1967). هذه ورقة كلاسيكية تم فيها النظر أولاً في العيب الانتقائي للأليلات الطافرة المرتبطة بحمل الطفرة المرتبطة.

          Kondrashov ، A. S. معدِّلات توازن اختيار الطفرات: النهج العام وتطور معدلات الطفرات. جينيه. الدقة. 66, 53–70 (1995).

          داوسون ، ك.ج.ديناميات الأليلات النادرة متناهية الصغر ، المطبقة على تطور معدلات الطفرات والتعبير عن الطفرات الضارة. النظرية. فرقعة. بيول. 55, 1–22 (1999).

          لينش ، إم وآخرون. طفرة ضارة عفوية. تطور 53, 645–663 (1999).

          Baer، C.F، Miyamoto، M. & amp Denver، D.R. تباين معدل الطفرة في حقيقيات النوى متعددة الخلايا: الأسباب والنتائج. نات. القس جينيه. 8, 619–631 (2007).

          Eyre-Walker، A. & amp Keightley، P. D. توزيع تأثيرات اللياقة للطفرات الجديدة. نات. القس جينيه. 8, 610–618 (2007). تقدم هذه المقالة نظرة عامة واسعة على طرق تقدير توزيع تأثيرات اللياقة البدنية من جديد الطفرات والآثار المستمدة من البيانات الجينية السكانية.

          Hall، D.W، Fox، S.، Kuzdzal-Fick، J. J.، Strassmann، J.E & amp Queller، D.C معدل وتأثيرات الطفرة العفوية على سمات اللياقة البدنية في الأميبا الاجتماعية ، قرص ديكتيوستيليوم. G3 (بيثيسدا) 8, 1115–1127 (2013).

          لينش ، إم. طبقات التطور وحدود الكمال الخلوي. بروك. ناتل أكاد. علوم. الولايات المتحدة الأمريكية 109, 18851–18856 (2012). توضح هذه الورقة أنه عندما يعمل الاختيار على الكمال الكلي لعملية تنطوي على مستويات متعددة ، فإن المكونات البديلة تكون حرة في الانجراف طالما أن مستوى صقل النظام بأكمله يظل عند حاجز الانجراف ، يمكن أن تؤدي درجة التفاعل هذه إلى تطور تطوري الوضع الذي لا تكون فيه الأنظمة المعقدة في نهاية المطاف أكثر كفاءة من الأنظمة الأبسط ، ولكنها تحافظ على وهم القوة التكيفية.

          دريك ، جيه دبليو ، تشارلزوورث ، بي ، تشارلزورث ، د. وأمبير كرو ، جي إف معدلات الطفرات العفوية. علم الوراثة 148, 1667–1686 (1998). تقدم هذه المقالة نظرة عامة شاملة مبكرة عن معدل وتأثيرات اللياقة للطفرات في الكائنات الحية المتنوعة.

          Sniegowski ، P. D. ، Gerrish ، P. J. ، Johnson ، T. & amp Shaver ، A. تطور معدلات الطفرات: فصل الأسباب عن النتائج. بيوسيس 22, 1057–1066 (2000).

          André ، J.B & amp Godelle ، B. تطور معدل الطفرات في مجموعات لاجنسية محدودة. علم الوراثة 172, 611–626 (2006).

          Bessman، M.J، Muzyczka، N.، Goodman، M.F & amp Schnaar، R. L. دراسات حول الأساس البيوكيميائي للطفرة التلقائية. II. دمج القاعدة والتماثلية في الحمض النووي عن طريق النوع البري ، والطفرات ومضادات الجراثيم DNA polymerases. جيه مول. بيول. 88, 409–421 (1974).

          Loh، E.، J. Choe، J. & amp Loeb، L.A تزيد بدائل الأحماض الأمينية عالية التحمل من دقة الإشريكية القولونية بوليميريز DNA I. J. بيول. تشيم. 282, 12201–12209 (2007). يقدم هذا البحث عرضًا تجريبيًا للسهولة النسبية للحصول على الأليلات المضادة عن طريق الطفرات في بوليميريز الحمض النووي.

          تيان ، دبليو ، هوانج ، واي تي وأمبير هوانج ، سي ب. يتم التوسط في دقة تكرار الحمض النووي المحسّن لبوليميراز الحمض النووي من النوع الأول من فيروس الهربس البسيط من خلال انتقائية محسّنة للنيوكليوتيدات وقدرة منخفضة على تمديد عدم التطابق. J. فيرول. 82, 8937–8941 (2008).

          Loh ، E. ، Salk ، J. J. & amp Loeb ، L. A. تحسين معدلات طفرة بوليميريز الحمض النووي أثناء التطور البكتيري. بروك. ناتل أكاد. علوم. الولايات المتحدة الأمريكية 107, 1154–1159 (2010).

          Lynch، M. & amp Marinov، G.F. تكلفة الطاقة الحيوية للجين. بروك. ناتل أكاد. علوم. الولايات المتحدة الأمريكية 112, 15690–15695 (2015).

          Casjens، S. التركيب المتنوع والديناميكي للجينوم البكتيري. Annu. القس جينيه. 32, 339–377 (1998).

          كوكس ، آر أ.العلاقات الكمية لمعدلات نمو محددة والتركيبات الجزيئية من المتفطرة السلية ، Streptomyces coelicolor A3 (2) و الإشريكية القولونية ب / ص: نهج تكاملي نظري. علم الاحياء المجهري 150, 1413–1426 (2004).

          ميرا ، A. ، Ochman ، H. & amp Moran ، N. A. التحيز الجزئي وتطور الجينوم البكتيري. اتجاهات الجينات. 17, 589–596 (2001).

          Vieira-Silva، S.، Touchon، M. & amp Rocha، E. P. لا يوجد دليل على التبسيط القائم على العناصر لجينومات بدائية النواة. اتجاهات Ecol. Evol. 25, 319–320 (2010).

          لينش ، إم. تطور معدل الطفرات. اتجاهات الجينات. 26, 345–352 (2010).

          دريك ، جى دبليو معدل ثابت للطفرة العفوية في الميكروبات القائمة على الحمض النووي. بروك. ناتل أكاد. علوم. الولايات المتحدة الأمريكية 88, 7160–7164 (1991). ورقة كلاسيكية اقترحت أولاً أن هناك علاقة عكسية بين معدل الطفرة لكل موقع ، ش ، وعدد النيوكليوتيدات لكل جينوم في الميكروبات ، مما يؤدي إلى العدد الإجمالي الثابت المتوقع للطفرات لكل جينوم.

          Rosche، W. A. ​​& amp Foster، P. L. تحديد معدلات الطفرات في التجمعات البكتيرية. أساليب 20, 4–17 (2000). تقدم هذه المقالة نظرة عامة واسعة على طرق تقدير معدلات الطفرات الجرثومية باستخدام بنيات المراسل.

          Nachman، M.W & amp Crowell، S. L. تقدير معدل الطفرة لكل نوكليوتيد في البشر. علم الوراثة 156, 297–304 (2000). تقدم هذه الدراسة أول محاولة لتقدير معدل الطفرة البشرية من مستوى التباعد الجزيئي بين متواليات الإنسان المتعامدة والشمبانزي.

          Kibota، T. & amp Lynch، M. تقدير معدل الطفرة الجينومية الضارة باللياقة العامة في الإشريكية القولونية. طبيعة سجية 381, 694–696 (1996).

          كامبل ، سي دي وآخرون. تقدير معدل الطفرة البشرية باستخدام الزيجوت الذاتي في مجتمع مؤسس. نات. جينيه. 44, 1277–1281 (2012).

          كونغ ، إيه وآخرون. معدل من جديد الطفرات وأهمية عمر الأب لمخاطر المرض. طبيعة سجية 488, 471–475 (2012). تصف هذه الورقة إحدى المحاولات الأولى لتقدير معدل الطفرات البشرية بمقارنة التسلسل الجينومي للوالدين والنسل.

          فين ، أو.آخرون. يؤدي التحيز القوي للذكور إلى حدوث طفرة في السلالة الجرثومية في الشمبانزي. علم 344, 1272–1275 (2014).

          Keightley، P. D.، Ness، R.W، Halligan، D.L & amp Haddrill، P.R. تقدير معدل الطفرات العفوية لكل موقع نيوكليوتيد في ذبابة الفاكهة سوداء البطن عائلة كاملة الأشقاء. علم الوراثة 196, 313–320 (2014).

          كيتلي ، بي دي وآخرون. تقدير معدل الطفرة العفوية في Heliconius melpomene. مول. بيول. Evol. 32, 239–243 (2015). تستخدم هذه الدراسة البيانات الجينية السكانية للتوصل إلى استنتاج مفاده أن متوسط ​​عمر الإنسان حديث الولادة يكتسب حوالي طفرتين جديدتين.

          Sung، W.، Ackerman، M. S.، Miller، S.F، Doak، T.G & amp Lynch، M. فرضية الانجراف وتطور معدل الطفرات. بروك. ناتل أكاد. علوم. الولايات المتحدة الأمريكية 109, 18488–18492 (2012).

          لينش ، م. أصول هندسة الجينوم (جمعية سيناوير ، 2007).

          كيمورا ، م. النظرية المحايدة للتطور الجزيئي (مطبعة جامعة كامبريدج ، 1983).

          Massey، S.E. القيد البروتيني ودوره في التطور الجزيئي. مول. بيول. Evol. 25, 2557–2565 (2008).

          Siepel، A. et al. العناصر المحفوظة تطوريًا في جينومات الفقاريات والحشرات والديدان والخميرة. الدقة الجينوم. 15, 1034–1050 (2005).

          Halligan ، D.L & amp Keightley ، P. D. القيود الانتقائية في كل مكان في ذبابة الفاكهة تم الكشف عن الجينوم من خلال مقارنة بين الأنواع على مستوى الجينوم. الدقة الجينوم. 16, 875–884 (2006).

          Keightley ، P. D. معدلات وعواقب اللياقة البدنية للطفرات الجديدة في البشر. علم الوراثة 190, 295–304 (2012).

          Lindblad-Toh ، K. et al. خريطة عالية الدقة للقيود التطورية البشرية باستخدام 29 من الثدييات. طبيعة سجية 478, 476–482 (2011).

          Rands، C.M، Meader، S.، Ponting، C.P & amp Lunter، G. 8. 2٪ من الجينوم البشري مقيد: التباين في معدلات الدوران عبر فئات العناصر الوظيفية في سلالة الإنسان. بلوس جينيت. 10، e1004525 (2014).

          Radman، M.، Taddei، F. & amp Matic، I. الجينات المحركة للتطور. الدقة. ميكروبيول. 151, 91–95 (2000).

          Tenaillon، O.، Taddei، F.، Radman، M. & amp Matic، I. الانتقاء من الدرجة الثانية في التطور البكتيري: الانتقاء يعمل على معدلات الطفرات وإعادة التركيب في سياق التكيف. الدقة. ميكروبيول. 152, 11–16 (2001).

          إيرل ، دي جيه وأمب ديم ، إم دبليو قابلية التطور هي سمة قابلة للاختيار. بروك. ناتل أكاد. علوم. الولايات المتحدة الأمريكية 101, 11531–11536 (2004).

          فوستر ، P. L. التطفير الناجم عن الإجهاد في البكتيريا. كريت. القس Biochem. مول. بيول. 42, 373–397 (2007).

          Gerrish، P. J.، Colato، A.، Perelson، A. S. & amp Sniegowski، P. D. الارتباط الجيني الكامل يمكن أن يفسد الانتقاء الطبيعي. بروك. ناتل أكاد. علوم. الولايات المتحدة الأمريكية 104, 6266–6271 (2007).

          Gerrish، P. J.، Colato، A. & amp Sniegowski، P. D. معدلات الطفرات الجينومية التي تحيد التطور التكيفي والانتقاء الطبيعي. J.R Soc. واجهه المستخدم 10, 20130329 (2013).

          Kondrashov ، A. S. تقديرات مباشرة لمعدلات طفرة الإنسان لكل نوكليوتيد في 20 موقعًا تسبب أمراض مندلية. همم. موتات. 21, 12–27 (2003).

          لينش ، معدل ، الطيف الجزيئي ، ونتائج الطفرات العفوية في الإنسان. بروك. ناتل أكاد. علوم. الولايات المتحدة الأمريكية 107, 961–968 (2009).

          لينش ، م.أصول بنية الجينات حقيقية النواة. مول. بيول. Evol. 23, 450–468 (2006).

          سونغ ، دبليو وآخرون. تطور معدل طفرة الإدراج والحذف عبر شجرة الحياة. G3 (بيثيسدا) 6, 2583–2591 (2016).

          لينش ، إم وآخرون. ملفات تعريف اختلال التوازن على مستوى الجينوم من أفراد عازبين. علم الوراثة 198, 269–281 (2014).

          Leigh، E.G Jr الاصطفاء الطبيعي والتحول. عامر. نات. 104, 301–305 (1970).

          Orr، H. A. معدل التكيف لدى اللاجنسيين. علم الوراثة 155, 961–968 (2000).

          Johnson، T. & amp Barton، N.H. تأثير الأليلات الضارة على التكيف في السكان اللاجنسيين. علم الوراثة 162, 395–411 (2002).

          Sturtevant ، A.H Essays on Evolution. 1. حول تأثيرات الانتقاء على معدل الطفرات. ربع. القس بيول. 12, 464–476 (1937).

          جونسون ، T. الطفرات المفيدة ، والمشي لمسافات طويلة وتطور معدلات الطفرات في المجموعات الجنسية. علم الوراثة 151, 1621–1631 (1999).

          Lee، H.، Popodi، E.، Tang، H. & amp Foster، P. L. المعدل والطيف الجزيئي للطفرات العفوية في البكتيريا الإشريكية القولونية على النحو الذي يحدده تسلسل الجينوم الكامل. بروك. ناتل أكاد. علوم. الولايات المتحدة الأمريكية 109، E2774 – E2783 (2012).

          لوجان ، إس إيه وآخرون. إخلاص البوليميراز غير المتجانسة وتغير الجينوم التحيز لإصلاح عدم التطابق وتكوينه. الدقة الجينوم. 24, 1751–1764 (2014).

          سونغ ، دبليو وآخرون. تم الكشف عن أنماط الطفرات غير المتماثلة المعتمدة على السياق من خلال تجارب تراكم الطفرات. مول. بيول. Evol. 32, 1672–1683 (2015). تستخدم هذه الدراسة بيانات MA-WGS من عدة أنواع بكتيرية لإثبات الاعتماد القوي لمعدلات الطفرات الخاصة بالموقع على هوية النيوكليوتيدات المجاورة.

          Chen، X.، Yang، J.R & amp Zhang، J.Nascent RNA القابلة للطي يخفف من الطفرات المرتبطة بالنسخ. الدقة الجينوم. 26, 50–59 (2016).

          Kashi، Y. & amp King، D.G. يتكرر التسلسل البسيط كطفرات مفيدة في التطور. اتجاهات الجينات. 22, 253–259 (2006).

          Moxon ، R. ، Bayliss ، C. & amp Hood ، D. مواقع الطوارئ البكتيرية: دور تسلسل بسيط الحمض النووي يتكرر في التكيف البكتيري. Annu. القس جينيه. 40, 307–333 (2006). تقدم هذه الورقة نظرة عامة على الأدلة التي تشير إلى أن بعض المواقع قد يكون لها ميزات تسلسل خاصة ، يحتمل أن يتم الحفاظ عليها عن طريق الانتقاء ، والتي تعزز الطفرات.

          Zhou، K.، Aertsen، A. & amp Michiels، C.W. دور ترادف الحمض النووي المتغير يتكرر في التكيف البكتيري. FEMS ميكروبيول. القس. 38, 119–141 (2014).

          Haerty ، W. & amp Golding ، G.B. دليل على نطاق الجينوم للاختيار الذي يعمل على تكرار حمض أميني واحد. الدقة الجينوم. 20, 755–760 (2010).

          سكالا ، سي وآخرون. تسبب تكرار الأحماض الأمينية تباينًا غير عادي في تسلسل الترميز في الأميبا الاجتماعية قرص ديكتيوستيليوم. بلوس واحد 7، e46150 (2012).

          لين ، سي إتش ، ليان ، سي واي ، هسيونغ ، سي إيه وأمبير تشن ، إف سي ترتبط التغيرات في التوجه النسخي بزيادة في المعدلات التطورية للجينات المعوية. المعلوماتية الحيوية BMC 12 (ملحق 9) ، 19 (2011).

          فوستر ، ب. ل. وآخرون. على الطوبولوجيا الطفرية للجينوم البكتيري. G3 (بيثيسدا) 3, 399–407 (2013). توضح هذه المقالة التباين المكاني على نطاق واسع في معدل الطفرة على مدى بكتريا قولونية الجينوم.

          لونج ، إتش وآخرون. معدل الطفرة والطيف والطوبولوجيا والاعتماد على السياق في نقص إصلاح عدم تطابق الحمض النووي تألق الزائفة ATCC948. جينوم بيول. Evol. 7, 262–271 (2015).

          Lang، G. I. & amp Murray، A.W. معدلات الطفرة عبر كروموسوم الخميرة الناشئ السادس مرتبطة بتوقيت النسخ المتماثل. جينوم بيول. Evol. 3, 799–811 (2011).

          ستاماتويانوبولوس ، جيه إيه وآخرون. معدل الطفرة البشرية المرتبط بتوقيت تكرار الحمض النووي. نات. جينيه. 41, 393–395 (2009).

          تشين ، إكس وآخرون. تقوم النيوكليوسومات بقمع الطفرات العفوية الأساسية - على وجه التحديد في حقيقيات النوى. علم 335, 1235–1238 (2012).

          Ganesan، A.، Spivak، G. & amp Hanawalt، P. C. إصلاح الحمض النووي المقترن بالنسخ في بدائيات النوى. بروغ. مول. بيول. ترجمة. علوم. 110, 25–40 (2012). تقدم هذه الورقة نظرة عامة واسعة على آلية TCR في البكتيريا.

          جينكس روبرتسون ، S. & amp Bhagwat ، A. S. الطفرات المرتبطة بالنسخ. Annu. القس جينيه. 48, 341–359 (2014). تتناول هذه المقالة نظرة عامة على الملاحظات حول العلاقة بين النسخ والطفرات.

          Park ، C. ، Qian ، W. & amp Zhang ، J. دليل الجينوم لمعدلات الطفرات المرتفعة في الجينات المعبر عنها بشكل كبير. ممثل EMBO. 13, 1123–1129 (2012). تقدم هذه الدراسة دليلاً على أن الجينات المعبر عنها بشكل كبير لها معدلات طفرة مرتفعة.

          تدعم تجربة تراكم طفرة الخميرة Chen، X. & amp Zhang، J. معدلات الطفرات المرتفعة في المواقع عالية النسخ. بروك. ناتل أكاد. علوم. الولايات المتحدة الأمريكية 111، E4062 (2014).

          جرين ، بي وآخرون. عدم التناسق الطفري المرتبط بالنسخ في تطور الثدييات. نات. جينيه. 33, 514–517 (2003).

          Polak، P. & amp Arndt، P. F. يحفز النسخ طفرات خاصة بالخيوط عند نهاية 5 ′ من الجينات البشرية. الدقة الجينوم. 18, 1216–1223 (2008).

          هينز ، إن إم ، كيم ، واي. بروك. ناتل أكاد. علوم. الولايات المتحدة الأمريكية 111, 4037–4042 (2014).

          Eyre-Walker، A. & amp Bulmer، M. معدلات الاستبدال المترادفة في البكتيريا المعوية. علم الوراثة 140, 1407–1412 (1995).

          Chen، X. & amp Zhang، J. لا يوجد تحسين خاص بالجينات لمعدل الطفرات في الإشريكية القولونية. مول. بيول. Evol. 30, 1559–1562 (2013).

          Merrikh ، H. ، Zhang ، Y. ، Grossman ، A. D. & amp Wang ، J. D. صراعات النسخ المتماثل في البكتيريا. نات. القس ميكروبيول. 10, 449–458 (2012).

          Helmrich، A.، Ballarino، M.، Nudler، E. & amp Tora، L. لقاءات النسخ المتماثل والعواقب وعدم الاستقرار الجيني. نات. هيكل. مول. بيول. 20, 412–418 (2013).

          Fijalkowska، I. J.، Jonczyk، P.، Tkaczyk، M.، Bialoskorska، M. & amp Schaaper، R.M. الإشريكية القولونية كروموسوم. بروك. ناتل أكاد. علوم. الولايات المتحدة الأمريكية 95, 10020–10025 (1998).

          Wang، J.D، Berkmen، M.B & amp Grossman، A.D. العصوية الرقيقة. بروك. ناتل أكاد. علوم. الولايات المتحدة الأمريكية 104, 5608–5613 (2007).

          Srivatsan، A.، Tehranchi، A.، MacAlpine، D.M & amp Wang، J.D التوجيه المشترك للنسخ المتماثل والنسخ يحافظ على سلامة الجينوم. بلوس جينيت. 6، e1000810 (2010).

          روشا ، إي.ب.المنظمة المرتبطة بالنسخ المتماثل للجينوم البكتيري. علم الاحياء المجهري 150, 1609–1627 (2004).

          Rocha، E. P. هل هناك دور لعدم تناسق شوكة النسخ المتماثل في توزيع الجينات في الجينوم البكتيري؟ اتجاهات ميكروبيول. 10, 393–395 (2002).

          Drummond، D.A، Bloom، J.D، Adami، C.، Wilke، C. O. & amp Arnold، F.H. لماذا تتطور البروتينات عالية التعبير ببطء. بروك. ناتل أكاد. علوم. الولايات المتحدة الأمريكية 102, 14338–14343 (2005). تقدم هذه الورقة دليلاً على أن الجينات المعبر عنها بشكل كبير تشهد مستوى أعلى من تنقية الانتقاء ضد الطفرات التي تسبب مشاكل في الترجمة والطي.

          النقرس ، J. F. ، Kahn ، D. ، Duret ، L. & amp Paramecium Post-Genomics Consortium. العلاقة بين التعبير الجيني وتطور جرعة الجين ومعدل تطور البروتين. بلوس جينيت. 6، e1000944 (2010).

          Park، C.، Chen، X.، Yang، J.R & amp Zhang، J. تفسر المتطلبات التفاضلية لطي الرنا المرسال جزئيًا سبب تطور البروتينات المعبر عنها بشكل كبير ببطء. بروك. ناتل أكاد. علوم. الولايات المتحدة الأمريكية 110، E678 – E686 (2013).

          Chen، X. & amp Zhang، J. لماذا يتم ترميز الجينات على الخيط المتأخر للجينوم البكتيري؟ جينوم بيول. Evol. 5, 2436–2439 (2013).

          شتشيبانيك ، د. وآخرون. معدلات تطور الجينات على خيوط الحمض النووي الرائدة والمتأخرة. جيه مول. Evol. 52, 426–433 (2001).

          McDonald، M.J، Hsieh، Y. Y.، Yu، Y.H، Chang، S.L & amp Leu، J. Y. تطور معدلات الطفرات المنخفضة في مجموعات الطفرات التجريبية من خميرة الخميرة. بالعملة. بيول. 22, 1235–1240 (2012).

          تورينتس ، إم سي وآخرون. تنشأ متغيرات معدل الطفرات الطبيعية في طفرة (mut S) الإشريكية القولونية تعداد السكان. بلوس واحد 8، e72963 (2013).

          Wielgoss ، S. وآخرون. تعكس ديناميكيات معدل الطفرة في مجموعة بكتيرية التوتر بين التكيف والحمل الجيني. بروك. ناتل أكاد. علوم. الولايات المتحدة الأمريكية 110, 222–227 (2013).

          ويليامز ، إل إن ، هير ، إيه جيه آند بريستون ، بي دي. ظهور مضادات بوليميريز الحمض النووي التي تفلت من الانقراض الناجم عن الخطأ في الخميرة. علم الوراثة 193, 751–770 (2013).

          لينش ، إم الطفرة والاستثنائية البشرية: حملنا الجيني المستقبلي. علم الوراثة 202, 869–875 (2016).

          بهجاتي ، إس وآخرون. يكشف تسلسل الجينوم للخلايا الطبيعية عن الأنساب التطورية والعمليات الطفرية. طبيعة سجية 513, 422–425 (2014).

          Denamur، E. & amp Matic، I. تطور معدلات الطفرات في البكتيريا. مول. ميكروبيول. 60, 820–827 (2006).

          Desai، M. & amp Fisher، D. S. موازنة اختيار الطفرات المفيدة وتأثير الارتباط على الانتقاء الإيجابي. علم الوراثة 176, 1759–1798 (2007). تطور هذه المقالة نظرية عامة للنظر في الأدوار التي تلعبها الطفرات المفيدة في قيادة تطور معدل الطفرات.

          Raynes، Y. & amp Sniegowski، P. D. التطور التجريبي وديناميات معدّلات معدل الطفرات الجينومية. الوراثة 113, 375–380 (2014).

          جيرود ، إيه وآخرون. تكاليف وفوائد معدلات الطفرات العالية: التطور التكيفي للبكتيريا في أمعاء الفأر. علم 291, 2606–2608 (2001). تتناول هذه الدراسة التفاعل بين المزايا قصيرة المدى والعيوب طويلة المدى للأليلات الطافرة.

          Oliver، A.، Baquero، F. & amp Blázquez، J. نظام إصلاح عدم التطابق (mutS ، mutL و الأشعة فوق البنفسجية الجينات) في الزائفة الزنجارية: التوصيف الجزيئي للطفرات التي تحدث بشكل طبيعي. مول. ميكروبيول. 43, 1641–1650 (2002).

          Pal، C.، Maciá، M. D.، Oliver، A.، Schachar، I. & amp Buckling، A. يؤدي التطور المشترك مع الفيروسات إلى تطور معدلات الطفرات البكتيرية. طبيعة سجية 450, 1079–1081 (2007).

          هاريس ، ك.دليل للتطور الحديث الخاص بالسكان لمعدل الطفرات البشرية. بروك. ناتل أكاد. علوم. الولايات المتحدة الأمريكية 112, 3439–3444 (2015).


          هل يمكن اختيار معدل الطفرة؟ - مادة الاحياء

          الشكل 1: تسلسل قياسات الطفرات الثابتة على مدى 20000 جيل في الإشريكية القولونية. بسبب هذه التجربة طويلة المدى ، من الممكن مقارنة تسلسل الجينوم الكامل في أوقات مختلفة بالتسلسل المرجعي للجينوم في الوقت الذي بدأت فيه التجربة. تُظهر الملصقات الموجودة في الحلقة الخارجية الطفرات المحددة التي كانت موجودة بعد 20000 جيل. مقتبس من J. E. Barrick et al. الطبيعة 461: 1243 ، 2009.

          بشرت الحقبة الجينومية في القدرة على قراءة معدلات الطفرات مباشرة. لقد حلت محل طرق الاستدلال القديمة التي كانت مبنية على مقارنات تطورية غير مباشرة أو دراسات للطفرات الملحوظة بصريًا مثل تلك التي تؤدي إلى تغيرات في لون الكائن الحي أو تغييرات في النتائج المسببة للأمراض. محاولة بارزة في مطاردة الطفرات في البكتيريا هي تجربة طويلة الأمد في التطور استمرت لأكثر من عقدين في مجموعة ريتشارد لينسكي. في هذه الحالة ، من الممكن الاستعلام عن الجينوم مباشرة من خلال التسلسل في نقاط زمنية مختلفة في العملية التطورية وفحص كل من مكان حدوث هذه الطفرات كما هو موضح في الشكل 1 وكذلك كيفية تراكمها مع مرور الوقت كما هو موضح في الشكل 2. تسلسل اكتشف 19 جينومًا كاملاً 25 طفرة مترادفة (تشير إلى تغييرات محايدة وليست انتقائية) تم إصلاحها في 40.000 جيل من التجربة. مكّن هذا القياس من الاستدلال على أن معدل الطفرات يبلغ حوالي 10-10 طفرات لكل نقطة أساس لكل تكرار في الظروف المقاسة (BNID 111229).

          الشكل 2: تراكم الطفرات واللياقة بمرور الوقت. تسمح قياسات التسلسل بفحص معدل تراكم الطفرات والملاءمة المقابلة بمرور الوقت. مقتبس من J. E. Barrick et al. الطبيعة 461: 1243 ، 2009.

          ما هي الآثار المترتبة على بكتريا قولونية معدل الطفرات في حدود 10-10 طفرات / bp / تكرار؟ بالنظر إلى حجم الجينوم 5 & # 21510 6 ، يؤدي معدل الطفرة هذا إلى حدوث طفرة واحدة لكل 1000 جيل في أي مكان في جميع أنحاء الجينوم. في الوقت نفسه ، نظرًا لأن أنبوب اختبار الزرع الليلي غالبًا ما يحتوي على أكثر من 10 9 خلايا بكتيرية لكل مل ، يكتشف المرء أن كل طفرة زوجية قاعدية محتملة موجودة كما هو موضح في الشكل 3. تختلف معدلات الطفرات وفقًا للظروف البيئية وتصبح أعلى في ظل ظروف مرهقة مثل تلك السائدة في المرحلة الثابتة. يتم توفير مجموعة من معدلات الطفرات في مجموعة من الكائنات الحية في الجدول 1.

          الشكل 3: الجزء الخلفي من حساب المغلف للطفرات في ثقافة البكتيريا بين عشية وضحاها. يجد المرء أن كل تغيير زوج أساسي محتمل يتم استكشافه.

          في البشر ، تم استنتاج معدل طفرة من حوالي 10-8 طفرات / bp / جيل (BNID 105813) من المشاريع حيث تم ترتيب تسلسل الآباء وأطفالهم بتغطية عالية. لاحظ أن قيمة معدل الطفرات تكون على أساس كل جيل ، وبالتالي فهي تراكم الطفرات في الأمشاج التي تحدث على مدى عدة عشرات من مضاعفات الجينوم بين إخصاب البويضة على طول الطريق حتى تكوين الجيل التالي من الأمشاج. تمت مناقشة العدد المميز لمثل هذه التكرارات في المقالة القصيرة حول "كم عدد مضاعفات الكروموسومات التي تحدث لكل جيل؟". تشير التقديرات إلى وجود حوالي 20-30 تكرارًا للجينوم في البشر بين البويضة الملقحة والأنثى (BNID 105585) وحوالي عشرة أضعاف ذلك بالنسبة للذكور ، مع تباين كبير حسب العمر (BNID 105574). مع ≈3 & # 21510 9 bp في الجينوم البشري ، يؤدي معدل الطفرة إلى حوالي 10-8 طفرات / bp / جيل x 3 & # 21510 9 bp / genome 10-100 طفرة لكل جينوم لكل جيل (BNID 110293). باستخدام ترتيب بحجم 100 مكرر لكل جيل ، وصلنا إلى 0.1-1 طفرة لكل جينوم لكل تكرار. على الرغم من أننا نناقش الطفرات على كل تكرار أو معدل لكل جيل ، فإن الخلايا غير المنقسمة ستلحق أيضًا أضرارًا بجينوماتها من خلال آليات مثل الإشعاع وأنواع الأكسجين التفاعلية. عندما يتم تصحيح الضرر ، تتراكم الطفرات مع مرور الوقت بمعدلات لا تزال غير مقيدة بشكل جيد من الناحية التجريبية. ومع ذلك ، فمن الواضح أنه بمساعدة ثورة التسلسل ، سنعرف قريبًا المزيد.

          الشكل 4: (أ) ، الطفرات العفوية عبر كروموسومات A. thaliana بعد 30 جيلاً (المعالين بذرة واحدة). تعريفات اللون: أحمر ، أصفر منطقة بين الجينات ، أزرق غامق intron ، استبدال غير مجهول ، تحول إطار القراءة للاندلس القصير ، أو حذف الجينات لعمليات الحذف الكبيرة الأخضر ، استبدال مرادف الأرجواني ، UTR والأزرق الفاتح ، عنصر قابل للنقل. + و - تشير إلى عمليات الإدراج والحذف على التوالي. تشير النجمة إلى السيتوزين الميثلي. (ب) ، يختلف معدل الطفرات عبر أزواج أساسية مختلفة. يتم عرض معدلات الطفرة لكل موقع لكل جيل. يتم عرض معدل الطفرة الإجمالي ، وهو متوسط ​​معدلات الطفرات الإجمالية في مواقع A: T و G: C ، والخطأ القياسي باللون الرمادي في الخلفية. مجموع معدل الطفرات على سبيل المثال للزوج الأساسي A: T معدلات التغيير إلى C: G و G: C و T: A. مقتبس من S. Ossowski et al. Science، 327: 92، 2009.

          يمكن مقارنة الأرقام الخاصة بالبشر بمعدلات الطفرات في النبات النموذجي نبات الأرابيدوبسيس thaliana حيث أجريت دراسة مماثلة. خمسة نباتات مشتقة من 30 جيلًا من أصل بذرة واحدة تم تسلسلها ومقارنتها. يظهر التكملة الكاملة للطفرات الملاحظة في الشكل 4 أ. تم العثور على معدل الطفرة العفوية لزوج القاعدة الفردي ما يقرب من 7 & # 21510-9 لكل نقطة أساس لكل جيل. بالنظر إلى أن هناك ما يقدر بـ 30 تكرارًا لكل جيل (انظر المقالة القصيرة حول "كم عدد تكرار الكروموسومات التي تحدث لكل جيل؟") يؤدي هذا إلى حوالي 2 & # 21510-10 طفرات لكل bp لكل تكرار. لاحظ أن هناك العديد من الفئات المختلفة للطفرات النقطية التي يمكن تصنيفها كنتيجة لتجارب التسلسل هذه ، مما يعطي صورة عما إذا كانت الطفرات مترادفة أو غير مترادفة وما إذا كان حدث الطفرة هو انتقال أو تحويل. لا يتم توزيع الطفرات المختلفة بالتساوي كما نوضح في الشكل 4 ب. يسيطر عليها زوج قاعدة G-C يتم تحويله إلى زوج قائم على A-T. ينشأ هذا بسبب القابلية الكيميائية الحيوية للنيوكليوتيدات للطفرة. نوع آخر شائع من الطفرات في الجينوم هو أحداث الإدراج والحذف ، والتي تسمى indels. باستخدام نفس النهج الموضح أعلاه ، تم تقدير معدلات الإدخال والحذف من 1-3 نقاط أساس على أنها ترتيب من حيث الحجم أقل وفرة من بدائل زوج أساسي واحد عند 0.6 & # 21510 -9 و 0.3 & # 21510-9 لكل نقطة أساس لكل جيل ، على التوالي. تحدث عمليات الحذف الأكبر من 3 نقاط أساس بتردد 0.5 ± 0.2 & # 21510-9 لكل موقع لكل جيل ، وتزيل في المتوسط ​​800 ± 1900 نقطة أساس لكل حدث (110372 ، لاحظ أن التوزيع واسع جدًا بحيث يكون الانحراف المعياري أكبر من المتوسط. يمكن أن يحدث هذا بسبب العديد من عمليات الحذف الصغيرة وبعض عمليات الحذف الكبيرة جدًا). إلى جانب هذه الأشكال التي كثيرًا ما نوقشت لتغيير الجينوم من خلال الطفرات ، تُظهر الجينومات ديناميكية مدهشة كما كشفت عنها أشكال أخرى من إعادة ترتيب الجينوم مثل "الجينات القافزة" التي اكتشفتها باربرا مكلينتوك ، والتي لا يزال الكثير منها يتحدى حتى القياس الكمي البدائي.

          بالنظر إلى وجود هذه الآليات المختلفة لإعادة ترتيب الجينوم ، فمن المثير للاهتمام النظر في مدى استكشاف مساحة الطفرات الجينية المحتملة. تركز فئة متكررة من التقديرات في سياقات مختلفة ، مثل مفارقة ليفينثال الشهيرة ، على مدى جودة "استكشاف" الأنظمة البيولوجية لمساحة جميع النتائج المحتملة. في العديد من هذه الأمثلة (طي البروتين ، مساحة الجينوم المحتمل ، إلخ) ، فإن الأرقام الفلكية للنتائج المحتملة مذهلة بكل بساطة. نتيجة لذلك ، من السهل التساؤل عن مدى دقة "البحث" في مساحة الطفرات المحتملة بين البشر. نستكشف كيف يمكن أن يذهب مثل هذا التقدير في الشكل 5. نظرًا لوجود حوالي 7 مليارات شخص على الأرض ، في حدود 10 طفرات لكل جيل ، فإننا نقدر أن السكان الحاليين للكوكب يستكشفون ما يقرب من 7 & # 21510 9 x10 ≈ 10 11 طفرات جديدة خلال معدل الدوران من جيل إلى آخر. هذا يعني أنه إذا ركزنا انتباهنا على أي موقع واحد ضمن الجينوم البشري المكون من 3 مليارات زوج قاعدي ، فإن العشرات من البشر يؤويون طفرة في هذا الموقع المحدد. نتيجة لذلك ، يتم استكشاف مساحة طفرات زوج القاعدة الفردي بشكل كامل بين جميع سكان البشر على الأرض. من ناحية أخرى ، إذا أخذنا في الاعتبار طفرة زوجية قاعدية محددة ، نجد أنه من خلال الطفرة العشوائية ، سيتطلب الأمر من 10 7 أجيال من البشر لتحقيقها بالصدفة!

          الشكل 5: حساب ظهر الغلاف لعدد الطفرات عبر البشرية لكل جيل. وجدنا أن كل طفرة زوج أساسي منفرد يتم استكشافها عشرات المرات في كل جيل ، لكن مزيجًا محددًا من زوجين أساسيين سيتطلب عددًا غير واقعي من الأجيال لتحدث عشوائيًا. مطلوب ميزة اللياقة أو بعض آلية الطوارئ لتحقيق هذه التغييرات المنسقة.

          الشكل 1: تسلسل قياسات الطفرات الثابتة على مدى 20000 جيل في الإشريكية القولونية. بسبب هذه التجربة طويلة المدى ، من الممكن مقارنة تسلسل الجينوم الكامل في أوقات مختلفة بالتسلسل المرجعي للجينوم في الوقت الذي بدأت فيه التجربة. تُظهر الملصقات الموجودة في الحلقة الخارجية الطفرات المحددة التي كانت موجودة بعد 20000 جيل. مقتبس من J. E. Barrick et al. الطبيعة 461: 1243 ، 2009.


          الطفرة ، وليس الانتقاء الطبيعي ، هي الدافع وراء التطور

          في إحدى قاعات الحفلات الموسيقية الكهفية ، أمام جمهور شغوف بالآلاف ، يعاني ماساتوشي ني من خلل فني.

          حصل عالم الأحياء للتو على جائزة كيوتو المرموقة في اليابان في العلوم الأساسية ، تكريمًا لاستكشافه الرائد للتطور على المستوى الجزيئي. تم تدريب عيون وآذان وسائل الإعلام الدولية والدبلوماسيين والشخصيات البارزة ، بما في ذلك الأميرة اليابانية تاكامادو ، على الرجل ذو الكلام الرقيق البالغ من العمر 82 عامًا أثناء إلقائه خطاب القبول ، أو يحاول ذلك. على شاشة ضخمة فوقه ، يتقدم عرض الشرائح ويتراجع بشكل عشوائي حيث يحاول Nei تقديم التقنيات التي كان رائدًا فيها والتي أحدثت ثورة في مجاله - والنظريات التي تتحدى بعضًا من أفكاره الأكثر عمقًا.

          "آسف للغاية" ، أخبر نيي جمهوره بضحكة مكتومة محببة. "أنا أتابع دائمًا النظرية ، وليس العملية".

          ومع ذلك ، كان التطبيق العملي قوة توجيهية طوال حياته المهنية ، من أبحاثه الزراعية المبكرة إلى سعيه الذي استمر عقودًا لنقل علم الأحياء التطوري بعيدًا عن الملاحظات الميدانية الذاتية إلى التحليل الموضوعي القائم على الرياضيات على المستوى الجزيئي. في عام 1972 ، ابتكر معادلة مستخدمة الآن على نطاق واسع ، المسافة الجينية القياسية لني ، والتي تقارن الجينات الرئيسية لمختلف المجموعات السكانية لتقدير المدة التي تباعدت فيها المجموعات. في أوائل التسعينيات ، كان Nei مطورًا مشاركًا للبرمجيات الحرة التي تنشئ أشجارًا تطورية بناءً على البيانات الجينية. بعد عقدين من الزمان ، لا يزال التحليل الوراثي التطوري الجزيئي ، أو MEGA ، أحد أكثر برامج الكمبيوتر استخدامًا واستشهادًا بها في علم الأحياء.

          لكن نظريته الطبيعية لكسر الانتقاء ، التي طورها ني في الثمانينيات ووسعت نطاقها في كتاب عام 2013 ، التطور المدفوع بالطفرة ، التي يريد الباحث أن يراها متبناة ، ويتم الاستشهاد بها وتدريسها في المدارس.

          بعد بضعة أيام من تعاون شرائح العرض التقديمي أخيرًا ، تحدث Nei ، مدير معهد علم الوراثة التطورية الجزيئية في جامعة ولاية بنسلفانيا ، مع Discover حول المكان الذي يعتقد أن داروين أخطأ فيه.

          اكتشف: لقد بدأت مسيرتك الأكاديمية في اليابان في الخمسينيات من القرن الماضي كأستاذ مساعد في العلوم الزراعية. كيف تطورت ، بدون قصد من التورية ، لتصبح عالم أحياء جزيئية يتعامل مع داروين؟

          ماساتوشي ني: أردت أن أجعل علم الوراثة السكانية مفيدًا وعمليًا ، لذلك ذهبت إلى تربية النباتات. لكنني بدأت في التساؤل ، لماذا يحدث التطور الظاهري [الذي يمكن ملاحظته على أساس السمات]؟ كنت مهتمًا به على المستوى الجيني. قال تشارلز داروين إن التطور يحدث عن طريق الانتقاء الطبيعي في ظل وجود تباين مستمر ، لكنه لم يثبت أبدًا حدوث الانتقاء الطبيعي في الطبيعة. جادل بذلك ، لكنه لم يقدم أدلة قوية.

          لكن من بين الأشخاص الذين يعملون على التطور ، لا يزال معظمهم يعتقدون أن الانتقاء الطبيعي هو القوة الدافعة.

          إذا قلت أن التطور يحدث عن طريق الانتقاء الطبيعي ، فإنه يبدو علميًا مقارنة بالقول إن الله خلق كل شيء. الآن يقولون إن الانتقاء الطبيعي خلق كل شيء ، لكنهم لا يشرحون كيف. إذا كان الأمر يتعلق بعلم ، فعليك أن تشرح كل خطوة. لهذا كنت غير سعيد. إن مجرد استبدال الله بالانتقاء الطبيعي لا يتغير كثيرًا. عليك أن تشرح كيف.

          ج: يتم التحكم في كل جزء من أجزاء أجسامنا بواسطة الجزيئات ، لذلك عليك أن تشرح على المستوى الجزيئي. هذه هي الآلية الحقيقية للتطور ، كيف تتغير الجزيئات. يتغيرون من خلال الطفرة. تعني الطفرة تغيير الحمض النووي من خلال ، على سبيل المثال ، استبدال أو إدخال [النيوكليوتيدات]. أولاً ، يجب أن يكون لديك تغيير ، ومن ثم قد يعمل الانتقاء الطبيعي أو قد لا يعمل. أقول إن الطفرة هي أهم قوة دافعة للتطور. يحدث الانتقاء الطبيعي أحيانًا ، بالطبع ، لأن بعض أنواع الاختلافات أفضل من غيرها ، لكن الطفرة خلقت أنواعًا مختلفة. الانتقاء الطبيعي ثانوي.

          س: قد يقول شخص ما في الخارج ينظر إلى النقاش أنك وباحثون آخرون يقومون بتقسيم الشعر ، وأن كلا من الطفرة والانتقاء الطبيعي يقودان التطور. كيف ترد؟

          ج: أنا لا أدرس الشخصية أو الوظيفة التي أدرس الجين الذي يتحكم فيها. إن موقعي هو أن الطفرة تخلق التباين ، ومن ثم قد يعمل الانتقاء الطبيعي وقد لا يعمل ، وقد يختار أو لا يختار التباين الجيد ويقضي على التباين السيئ ، لكن الانتقاء الطبيعي ليس هو القوة الدافعة.

          في الداروينية الجديدة ، التطور هو عملية زيادة اللياقة [بمعنى قدرة الكائن الحي على البقاء والتكاثر]. في نظرية التطور المدفوعة بالطفرات ، التطور هو عملية زيادة أو تقليل تعقيد الكائن الحي. نميل إلى الاعتقاد بأن الانتقاء الطبيعي يختار نوعًا واحدًا. ولكن هناك العديد من الأنواع ، وما زالوا على ما يرام. يمكنهم البقاء على قيد الحياة ، لا مشكلة.

          على سبيل المثال ، إذا كانت العيون الزرقاء أفضل لسبب ما في الدول الاسكندنافية ، فإن هذه الطفرة لها ميزة محددة ، ومن ثم بالطبع ستحدث هذه الميزة بشكل أكبر في تلك المجموعة السكانية. لكن أولاً يجب أن يكون لديك الطفرة. والانتقاء الطبيعي نفسه ليس بهذا الوضوح. في بعض الحالات يكون كذلك ، ولكن ليس دائمًا. قد يكون تواتر الجينات للعيون الزرقاء قد زاد عن طريق الصدفة أيضًا ، بدلاً من الانتقاء الطبيعي. قد يكون لون العين الزرقاء جيدًا مثل اللون الأخضر. كلاهما يمكن أن يرى.

          س: في عام 1968 ، اقترح صديقك ومعلمك Motoo Kimura النظرية المحايدة للتطور الجزيئي ، بحجة أن معظم الطفرات التي تحدث ليس لها عواقب مفيدة أو ضارة على الكائن الحي. كيف اتخذت النظرية المحايدة خطوة إلى الأمام مع نظرية التطور المدفوعة بالطفرات؟

          ج: يعتقد كيمورا أن التشكل [المظهر] يتطور من خلال الانتقاء الطبيعي. لقد طبق النظرية المحايدة فقط على المستوى الجزيئي. أقول إنه يمكنه تحديد الخصائص المورفولوجية أيضًا لأن الحمض النووي يحدد كل شيء ، لكن إثبات ذلك لم يكن بهذه السهولة. [يضحك] بعد أربعين أو خمسين عامًا ، ما زلت أحاول إثبات ذلك.

          س: إحدى أهم مساهماتك في هذا المجال هي المسافة الجينية القياسية لـ Nei ، وهي صيغة تحدد متى تباعدت مجموعات سكانية مختلفة بناءً على التحليل الرياضي لجينومها. لكن هذه الصيغة تفترض أن معدل التغيير الجيني ثابت. هل تعتقد أن النشاط البشري - من الصيد الجائر إلى حرق الوقود الأحفوري إلى إضاءة مدننا والطرق السريعة بالضوء الاصطناعي - يمكن أن يسرع من معدل الطفرات؟

          ج: أعتقد أن هناك عنصر مسبب للطفرات في النشاط البشري ، ولكن من الصعب جمع الأدلة. لقد حدث فقط ، على سبيل المثال ، في السنوات العشرة آلاف الماضية ، ولا أعرف ما إذا كان يغير معدل الطفرات. يمكنك تحديد عدد الطفرات المختلفة التي حدثت ، ولكن ليس دائمًا كيف.

          س: لقد تحدثت عن التطور المدفوع بالطفرات لأكثر من ثلاثة عقود. لماذا تعتقد أن غالبية علماء الأحياء التطورية يظلون في معسكر الانتقاء الطبيعي؟

          ج: لقد عبرت عن هذا الرأي البسيط أولاً في عام 1975 في كتابي "علم الوراثة والتطور الجزيئي للسكان" ، وفي عام 1987 في فصل في كتاب آخر ، لكن لم يغير أحد وجهات نظره أو الكتب المدرسية. بالطبع ، في ذلك الوقت ، لم تكن البيولوجيا الجزيئية قد تطورت كثيرًا حتى الآن ، ولم يكن علم الأحياء التطوري التقليدي يعتبر علم التشكل فقط ، وليس كيفية حدوث التباين.

          بعض الطيور ، على سبيل المثال ، لديها نوع مختلف من الهيموغلوبين يسمح لها بالتحليق فوق جبال الهيمالايا ، على ارتفاعات عالية جدًا. تمتلك بعض التمساح نوعًا مختلفًا من الهيموجلوبين الذي يسمح لها بالبقاء مغمورة بالمياه لفترة طويلة جدًا. لقد كان هذا معروفًا منذ فترة وشعر الجميع ، حسنًا ، بوجود تباين في السكان ، لكن الشرط الضروري يجب أن يكون مجرد اختيار طبيعي.

          س: في عام 1987 ، شاركت في تأليف ورقة بحثية مع Naruya Saitou تصف طريقة الانضمام إلى الجار ، وهي خوارزمية جديدة لإنشاء أشجار تطورية من خلال العمل للخلف استنادًا إلى الاختلافات الجينية الرئيسية بين الأنواع ذات الصلة ، والفكرة هي أن نوعًا واحدًا اختلف مؤخرًا عن آخر ، كلما كان الحمض النووي الخاص بهم أكثر تشابهًا. لقد تم الاستشهاد به أكثر من 34000 مرة على مر السنين وأصبح حجر الزاوية في أبحاث البيولوجيا التطورية الجزيئية. لماذا تعتقد أنه كان مؤثرًا جدًا؟

          ج: الأمر بسيط. [يضحك]. لقد طورت نظرية المسافة الجينية [في السبعينيات] لأنني أردت صنع شجرة نسج ، ويمكن استخدام المسافة لصنع الأشجار. لكنني كنت مهتمًا أيضًا بالإحصاءات. لذلك جمعت بين الطريقتين. لاختباره ، قمنا أولاً بإجراء عمليات محاكاة حاسوبية: أنشأنا تسلسل الحمض النووي لشجرة تطورية حيث كنا نعرف بالفعل أين تفرعت الشجرة. ثم استخدمنا الإحصاء ، طريقة ربط الجوار ، لإعادة بناء الشجرة واختبار ما إذا كانت تشبه شجرة النشوء والتطور الفعلية. لقد نجحت ، وهكذا عرفنا أن هذه الطريقة أعطت فكرة جيدة عن كيفية تطور الأنواع وتباعدها.

          في البداية ، كان علماء الأحياء الآخرون متعصبين بشأن التمسك بالطرق السابقة لحساب العلاقات بين الأنواع. كان هناك الكثير من المعارك الغبية في الثمانينيات ، لكنني أصررت على أنها ستنجح. في حالة استخدام 100 تسلسل جيني ، على سبيل المثال ، يمكننا إنشاء شجرة مرتبطة بالجوار في غضون ثوانٍ قليلة. بالطريقة المعتادة ، سيستغرق الأمر شهورًا. وبعد العمل لأشهر ، كانت النتيجة دائمًا تقريبًا مماثلة لطريقة الانضمام إلى الجار.

          س: لقد ذكرت في عدد من المناسبات أنك مستعد للكثير من الانتقادات بشأن أحدث كتاب لك ، وهو كتاب 2013 الذي يحركه الطفرات. لماذا ا؟

          ج: لقد قدمت مثل هذه الآراء في كتابي "علم الوراثة التطورية الجزيئية" عام 1987 ، لكن الناس لم ينتبهوا. الكتب المدرسية عن التطور لم تتغير: ما زالت تقول أن الانتقاء الطبيعي يسبب التطور. تم تجاهل آرائي تماما. في هذا الكتاب ، ناقشت العديد من التقنيات الإحصائية ، وفقط في الفصل الأخير ناقشت مشكلة الانتقاء الطبيعي التي لم يتم إثباتها. لم يقنع الفصل الكثير من الناس ، على ما أعتقد ، لأن لديهم بالفعل فكرة مسبقة بأن الانتقاء الطبيعي يجب أن يكون القوة الدافعة لأن داروين قال ذلك. داروين هو إله في التطور ، لذا لا يمكنك انتقاد داروين. إذا قمت بذلك ، يتم وصفك بالغطرسة.

          لكن في أي وقت يتم التعامل مع نظرية علمية مثل العقيدة ، عليك أن تتساءل عنها. عقيدة الانتقاء الطبيعي موجودة منذ وقت طويل. معظم الناس لم يشكوا في ذلك. لا تزال معظم الكتب المدرسية تذكر أن الأمر كذلك. يتم تعليم معظم الطلاب بهذه الكتب.

          عليك أن تشكك في العقيدة. استخدام الحس السليم. عليك أن تفكر بنفسك ، دون تصورات مسبقة. هذا هو المهم في العلم.

          ظهر هذا المقال في الأصل مطبوعًا باسم & quotWe Are All Mutants. & quot


          هل يمكن اختيار معدل الطفرة؟ - مادة الاحياء

          لقد تعلمنا كيف يمكن للانتخاب أن يغير ترددات الأليلات والأنماط الجينية في السكان. عادةً ما يزيل التحديد الاختلاف من داخل المجموعات السكانية. (الاستثناء العام لهذا الادعاء هو مع نماذج اختيار الفئة التي أطلقنا عليها & quotbalancing & quot الاختيار حيث يتم الحفاظ على الأليلات في السكان عن طريق السيطرة المفرطة أو الاختيار الخاص بالموائل أو الاختيار المعتمد على التردد). إذا أدى الاختيار إلى إزالة التباين ، فلن يكون هناك المزيد من الاختلاف في وقت قريب لكي يعمل الاختيار بناءً عليه ، وسيتوقف التطور ، أليس كذلك؟ سيكون هذا صحيحًا لولا حقيقة الطفرة التي ستعيد التباين الجيني المستبعد عن طريق الانتقاء. وبالتالي ، فإن الطفرات هي المادة الخام الأساسية للتطور.

          سنكون في حالة جن من خلال النظر في ما ستفعله الطفرة كقوة تطورية تعمل من تلقاء نفسها. ببساطة ، ستغير الطفرة ترددات الأليل ، وبالتالي ترددات النمط الجيني. لنفكر في & quotfight & quot بين الطفرة الأمامية والخلفية. تغير الطفرة الأمامية الأليل A إلى الأليل بمعدل (u) تتغير الطفرة العكسية من a إلى A بمعدل (v). يمكننا التعبير عن التردد (p) للأليل A في الجيل التالي (p t + 1) من حيث هذه الطفرات الأمامية والعكسية المتعارضة ، تمامًا مثل المعادلات الكيميائية الأمامية والعكسية: (p t + 1) = pt (1) -u) + كيو تي (ت). الجزء الأول على اليمين عبارة عن حسابات للأليلات غير المتحولة (1-u) ، والجزء الثاني يمثل الزيادة في p بسبب الطفرة من a إلى A (تكرار مرات معدل الطفرة إلى A). يمكننا أيضًا وصف التغيير في تردد الأليل بين الأجيال (D p) على النحو التالي: D p = (p t + 1) - (p t). هذا مفيد لأنه يتيح لنا حساب تردد التوازن النظري الذي يتم تعريفه على أنه النقطة التي لا يوجد فيها المزيد من التغيير في ترددات الأليل ، أي عندما يكون D p = 0 وهو عندما (p t + 1) = (pt) من أعلى : pt (1-u) + (1-p) t (v) = pt [تذكر ، q = (1-p)]. حل المشكلة الآن من أجل p واقنع نفسك أن تردد التوازن = p = v / (u + v). وبالمثل ، فإن تردد التوازن لـ q = u / (u + v).

          توازن الطنين والاختيار

          في العالم الحقيقي ، لن نجد بشكل عام قوى تطورية محددة تعمل بمفردها ، وستكون هناك دائمًا قوة أخرى قد تتصدى لقوة معينة من الاهتمام. تعتمد قدرتنا على اكتشاف هذه القوى التطورية المتعارضة ، بالطبع ، على القوة النسبية للقوتين (أو أكثر). ومع ذلك ، فمن المفيد دراسة الظروف التي تتعارض فيها القوى التطورية مع بعضها البعض لتعطينا إحساسًا بتعقيد العمليات التطورية. هنا سننظر في حالة بسيطة حيث تدخل الطفرة أليلًا ضارًا في المجتمع ويحاول الانتقاء القضاء عليه.

          كما هو مذكور أعلاه ، نحدد معدل الطفرة (u) كمعدل الطفرة إلى & quota & quot أليل. سيؤدي هذا إلى زيادة وتيرة a (أي سيزداد q). في الواقع ، تزداد q بمعدل u (1-q) تذكر ، (1-q) = p ، أو تردد الأليل A. سيزيد ضغط الطفرة هذا من عدد الأليلات التي يمكن أن يعمل الانتخاب ضدها.

          للاختيار ضد الأليل ، سنفترض أولاً الهيمنة الكاملة ، أي أن التأثيرات الضارة للأليل يتم ملاحظتها فقط في الزيجوت متماثل الزيجوت. في ظل هذه الظروف ، يقل تكرار & quota & quot (q) عن طريق الاختيار بمعدل -sq 2 (1-q) ، حيث s هو معامل الاختيار. لن نشتق هذا من أجلك ، لكن لاحظ أن مقدار التغيير الناتج عن هذا التحديد هو دالة لتكرار الزيجوت المتماثل aa (q 2) وتردد الأليل A (1-q). بعبارة أخرى ، يتناسب مقدار التغيير مع مقدار التباين الجيني في السكان ، كما أوضحنا في المحاضرة الأخيرة.

          إذا وضعنا هذين المصطلحين للطفرة والاختيار معًا ، فإن مقدار التغيير في الأليل هو:

          الآن ، إذا كان & quotfight & quot بين الانتقاء والطفرة هو & quotdraw & quot ، فلدينا حالة لا يوجد فيها أي تغيير في تواتر الأليل لأن الطفرة تتزايد q بنفس السرعة التي يؤدي بها التحديد إلى تقليله. في ظل هذه الظروف ، D q = 0 ، ونقول أنه تم الوصول إلى تردد أليل التوازن ، q-hat ، (في التدوين الرسمي ، q-hat هي q مع وجود محيط علوي). نحن ببساطة نعيد ترتيب الصيغة أعلاه بحيث تصبح: u (1-q) = sq 2 (1-q). نحل هذا من أجل q لإعطاء تردد أليل التوازن ، q-hat: q = sqrt (u / s) (sqrt تعني الجذر التربيعي).

          معظم معدلات الطفرات عبارة عن أعداد صغيرة نسبيًا (حوالي 10 -6) ، لذلك تشير هذه المعادلة إلى أن الأليلات الضارة ستبقى في توازن اختيار الطفرات عند ترددات منخفضة نسبيًا. ومع ذلك ، فإن هذا البيان هو بالضبط ما يهدف هذا الوضع إلى توضيحه: لا يمكننا أن نقول ما هو هذا التردد حتى نعرف كلا من معدل الطفرة ومعامل الاختيار. ومع ذلك ، سوف نشير إلى توازن اختيار الطفرات عدة مرات خلال الدورة ، لذلك من الضروري أن يكون لديك شعور بديناميكيات هذا التفاعل التطوري.

          في علم الوراثة السكانية ، يُقصد بمصطلح & quotmigration & quot حقًا وصف تدفق الجينات ، والذي يُعرّف بأنه حركة الأليلات من منطقة (deme ، والسكان ، والمنطقة) إلى أخرى. يفترض تدفق الجينات شكلاً من أشكال التشتت أو الهجرة (التلقيح بالرياح ، تشتت البذور ، تحلق الطيور ، إلخ) ولكن التشتت ليس تدفقًا جينيًا (يجب نقل الجينات ، وليس فقط ناقلاتها)

          يمكننا وصف تدفق الجينات (الهجرة) بطريقة مشابهة للطفرة. ضع في اعتبارك مجموعتين من السكان ، x و y بترددات الأليل A لـ p x و p y. ضع في اعتبارك الآن أن بعض الأفراد من السكان y يهاجرون إلى السكان x. نسبة هؤلاء y الأفراد الذين أصبحوا آباءً في السكان x في الجيل التالي = m. بعد حدث الهجرة ، يمكن اعتبار السكان x على أنهم أفراد مهاجرون (نسبة م) وأفراد غير مهاجرين (نسبة [1 م]). وبالتالي فإن تكرار الأليل A في السكان x في الجيل التالي (p x t + 1) هو مجرد التردد في الجزء غير المهاجر (= p x [1-m]) بالإضافة إلى التردد في الجزء المهاجر (p y m). هكذا: p x t + 1 = p x t [1-m] + p y m.

          التغيير في تردد الأليل بسبب تدفق الجينات هو D p = (p x t + 1) - p x t وهو مجرد

          [p x t [1-m] + p y m] - p x t يؤدي ضرب المصطلحات وإلغائها إلى:

          D p = -m (p x t - p y t). هذا منطقي: التغيير في p يعتمد على معدل الهجرة والاختلاف في p بين المجموعتين. إذا أخذنا في الاعتبار شبكة أو مصفوفة من السكان وركزنا على أحد هذه المجموعات السكانية كمجموعة متلقية مع جميع المجموعات السكانية الأخرى التي تساهم بشكل متساوٍ فيها ، فسيتم استبدال p y بمتوسط ​​p لجميع المجموعات السكانية الأخرى. العديد من السيناريوهات ممكنة.

          لمعالجة التأثيرات المجمعة لتدفق الجينات والاختيار ، سوف نستدعي & quotfight & quot مشابهًا لما وصفناه لتوازن اختيار الطفرات أعلاه. ضع في اعتبارك أن بعض الأليل الضعيف ينطلق إلى الجانب الآخر من المسارات ، إذا جاز التعبير ، حيث لا ينجو (على سبيل المثال ، الأسماك تسبح في ميناء نيويورك). هناك ضغط تطوري يغير ترددات الأليل في اتجاه واحد (في الميناء) ، وقوة تطورية معاكسة تقضي على تلك الأليلات (مياه الصرف الصحي تقتل الأسماك غير المتسامحة وراثيًا). اعتمادًا على القوة النسبية لهاتين القوتين المتعارضتين ، يمكن أن تنشأ حالة توازن.

          دعنا نأخذ في الاعتبار حركة أليل & quota & quot ، ونفترض أنه متنحي تمامًا في نمطه الظاهري للموت بمياه الصرف الصحي. يمكن تعريف التغيير في تردد الأليل من الهجرة إلى الميناء على النحو الوارد أعلاه: D q = -m (q x t - q y t). (لاحظ أننا غيرنا p إلى q لأننا ندرس الأليل x و y يشيران إلى المجموعتين). التغيير في تردد الأليل بسبب الانتقاء مقابل هذا الأليل هو -sq 2 (1-q) (لاحظ أن هذا هو نفس التعبير الذي استخدمناه في توازن اختيار الطفرة أعلاه). من خلال وضع هاتين القطعتين معًا ، يمكننا كتابة التعبير عن التغيير في تردد الأليل الناتج عن كل من تدفق الجينات والاختيار: D q = -m (q x t - q y t) - sq x 2 (1-q x). عندما & quotfight & quot بين تدفق الجينات والاختيار هو & quotdraw & quot ، سيكون النظام في حالة توازن ولن يكون هناك تغيير في q ،

          و -m (q x t - q y t) = sq 2 (1-q).

          لذا ، عد إلى السمك. دعنا نقول أن الزيجوت متماثل الزيجوت يسقط ميتًا في اللحظة التي يدخلون فيها النهر الشرقي (لكن أسماك AA و Aa جيدة). خارج ميناء نيويورك ، تكون ترددات الأليلين متساوية (p = q = 0.5). تم اكتشاف أنه في النهر الشرقي ، q = 0.1 على مدى أجيال عديدة ، ويريد العمدة معرفة نسبة الأسماك في النهر الشرقي التي تأتي من الخارج كل جيل. تعطينا هذه المعلومات كل ما نحتاجه: إنها في حالة توازن ، q x = 0.1 (النهر الشرقي) ، q y = 0.5 (في الخارج) ، و s = 1.0 نظرًا لأن aa قد ماتت. عوّض بالقيم لتحصل على m = 0.023. يشير هذا إلى أن 2.3٪ من الأسماك في النهر الشرقي يجب أن تأتي من خارج كل جيل للحفاظ على تردد الأليل عند q = 0.1


          إمكانات الطفرة التي تم التقليل من شأنها من retrogenes

          وظيفة الريتروجين. الائتمان: MPI f. علم الأحياء التطوري

          يتم تخزين المعلومات الجينية في الحمض النووي ونسخها على أنها مرنا. عادة ما يتم ترجمة mRNA إلى بروتينات. ومع ذلك ، فمن المعروف منذ فترة طويلة أنه يمكن أيضًا نسخ الحمض النووي الريبي (mRNA) إلى الحمض النووي وإعادة دمجه مرة أخرى في الجينوم. يشار إلى مثل هذه الحالات باسم retrogenes. في مقال ، أفاد فريق من معهد ماكس بلانك للبيولوجيا التطورية في بلون ومعهد علم الحيوان التابع للأكاديمية الصينية للعلوم في بكين أن هذه العملية قد تم التقليل من شأنها سابقًا بمقدار ألف عامل على الأقل وأنها مهمة آلية طفرة جديدة.

          هناك سببان رئيسيان لهذا. من ناحية ، لا تأخذ خوارزميات البحث الشائعة المستخدمة في تحليل تسلسل الجينوم عادةً عمليات إدخال جديدة من retrogenes في الاعتبار. لذلك تظل هذه الأشياء مخفية في كتلة البيانات. فقط باستخدام خوارزمية محسّنة مثل تلك التي طورها العلماء يمكن اكتشاف هذه الإدخالات بشكل منهجي. من ناحية أخرى ، أظهر المؤلفون أن معظم عمليات الإدخال قصيرة العمر نسبيًا. في مقارنات الجينوم السابقة بين الأنواع ، يبدو أنها نادرة نسبيًا.

          عادة ما يكون التحور بواسطة retrogenes ضارًا

          بالنسبة لهذه الدراسة الأخيرة ، كان من الأهمية بمكان فحص السكان الذين تم تطويرهم مؤخرًا فقط. وجد المؤلفون أن مجموعات الفئران التي تم فصلها لمدة 3000 عام فقط تحمل أنواعًا مختلفة من retrogenes (أي في كل مجموعة ، تظهر retrogenes بمعدل مرتفع جدًا ولكنها تُفقد مرة أخرى بسرعة نسبية). وذلك لأن retrogenes يمكن أن تكون ضارة - حتى لو تم دمجها في DNA غير المشفر. إذا تم نسخ retrogenes مرة أخرى إلى mRNA (كما هو الحال بالنسبة لمعظمهم) ، فإن هذا الرنا المرسال الجديد يمكن أن يؤثر سلبًا على mRNA للجين الذي نشأت منه. وهكذا يعمل الريتروجين كطفرة تنظيمية ، والتي عادة ما تكون ضارة.

          أظهر العلماء أن العبء الجيني لهذه الآلية أعلى من عبء الطفرات النقطية ، والتي كانت حتى الآن المحور الأساسي للتحقيقات. لذلك يقترحون أن البحث عن الطفرات المسببة للأمراض يأخذ أيضًا في الاعتبار آلية الارتداد.


          مناقشة

          لقد وجدنا تباينًا بين كيفية تأثير الاختيار المستمر على مستوى الاختلاف المقارب للتسلسلات المتطورة بشكل مستقل ه والمعدل ص الذي يقترب من هذا المستوى. في حين ه يرفض دائمًا ويمكن أن يتأثر بشدة بشكل تعسفي ، ص يمكن أن تزيد وتنقص. زيادة ص يمكن أن يكون كبيرًا بشكل تعسفي ، ويحدث في ظل ظروف عندما ه نهج 0 ، أنا. ه. عندما يفضل الاختيار بشدة أليلًا واحدًا على الآخر. لكن، ص لا يمكن أن تنخفض بأكثر من عامل اثنين (بافتراض معدلات متساوية لجميع الطفرات) بالنسبة إلى حالة 4 أليلات محايدة انتقائيًا ، مع أدنى ص يتم الحصول عليها عندما يكون للأليلين لياقة عالية متساوية ويتم اختيار الأليلات الأخرى بقوة ضدها. معدلات الطفرات غير المتكافئة على ما يبدو لا تؤثر على هذا الاستنتاج. بالطبع ، إذا سمح الاختيار بالصدفة فقط هذين الأليلين اللذين نادرًا ما يتحولان إلى بعضهما البعض ، فقد يؤدي ذلك إلى انخفاض عشوائي في ص. ومع ذلك ، في الحالة العامة ، لا تؤثر معدلات الطفرات غير المتكافئة بشكل كبير على تأثير الانتقاء ص.

          بعبارة أخرى ، أعلى ، في حالة 4 أليلات ، تباعد مقارب ه = 3/4 يقترب من فترة نصف النهج τ = ln2/(8 μ) ≈ 0.087 ميكرومتر -1 ، وهو ليس أقصر ولا أطول وقت ممكن في ظل الاختيار المستمر. ومع ذلك ، فإن أطول فترة نصف نهج ممكنة τ الأعلى= ln2/(4 μ) ≈ 0.173 ميكرومتر -1 ، أطول مرتين فقط. وهكذا ، فإن التأكيد على أن الانتقاء المستمر يعيق التطور يصف في الغالب تأثيره على المستوى المقارب للاختلاف ، وليس على المعدل الذي يتم الوصول به إلى هذا المستوى.

          بعد، بعدما د يسافر نصف طريقه إلى ه في حالة 4 أليلات محايدة ، د = 3/8. من أجل هذا د، تطبيق صيغة Jukes-Cantor [4] ، (مكافئ 4.2) ينتج القيمة التالية لعدد بدائل النوكليوتيدات لكل موقع لكل موقع محايد انتقائيًا:

          في الواقع ، في ظل الحياد الانتقائي ، يكون معدل التطور مساويًا لمعدل الطفرات ، لذلك ك1/2, حيادي= 6 μτ حياديمع أنا = 4 و τ حيادي= ln2/(8 μ) في هذه الحالة. وبالتالي ، لأن الاختيار المستمر لا يمكن أن يقلل من معدل الاقتراب من E بأكثر من عامل 2 ، في جميع أنواع المواقع الخاضعة لتباعد الاختيار المستمر بين نوعين مع ك حيادي= 1.04 يجب أن تمثل بالفعل ، على الأقل ، 50٪ من اختلاف التوازن ، طالما أن التركيب الأليلي للمتواليات المتباعدة كان في حالة توازن منذ البداية. وتباعد جميع المتواليات التقويمية التي تخضع للاختيار المستمر في الأنواع ذات الصلة ك حيادي& GT يجب أن يكون الرقم 5 بالفعل قريبًا جدًا من مستواه المقارب.

          لم يغب عن انتباهنا أن ديناميكيات الاختلاف في التسلسلات المهمة وظيفيًا عادة ما تكون غير متوافقة مع هذه الخاصية الرئيسية للنموذج المدروس هنا: التسلسلات التقويمية تستمر في التباعد حتى بين الجينومات البعيدة جدًا تطوريًا. سيكون هناك أمل ضئيل في إعادة بناء تاريخ الجزيء من التسلسلات الموجودة إذا كانت معاملات الانتقاء ثابتة في الوقت المناسب. في هذه الحالة ، فإن التسلسلات التي تباعدت لفترة كافية ستشمل بشكل أساسي المواقع الثابتة فقط (المختارة بشدة) والمشبعة (المختارة بشكل ضعيف). نظرًا لأننا نعلم أن تسلسل البروتين يمكن أن يساعد في الواقع في قياس الاختلافات وبناء سلالات عميقة ، فإن هذا يشير إلى أن الاختلافات في زمن N هو / أو معاملات الانتقاء في المواقع الفردية شائعة ، وأن معدل تغيرها هو ما يتحكم في المقام الأول في مقدار اختلافات الأحماض الأمينية بين المتواليات الموجودة ذات الصلة البعيدة.


          معدلات تحور الحمض النووي للميتوكوندريا

          المشكلة هي أن معدلات الطفرات غير معروفة بالقياس المباشر ، وغالبًا ما يتم حسابها على أساس المقاييس الزمنية التطورية المفترضة. وبالتالي فإن كل هذه التقديرات العمرية يمكن أن تكون خاطئة إلى حد كبير. في الواقع ، تم اقتباس العديد من معدلات الطفرات المختلفة من قبل علماء أحياء مختلفين.

          لا ينبغي أن يكون من الصعب جدًا قياس معدل طفرة الحمض النووي للميتوكوندريا للحصول على تقدير أفضل لهذا العمر. من السلالات الملكية ، على سبيل المثال ، يمكن للمرء أن يجد فردين كان سلفهما المشترك الأخير ، على سبيل المثال ، منذ 1000 عام. يمكن للمرء بعد ذلك قياس الاختلافات في الحمض النووي للميتوكوندريا لهؤلاء الأفراد لربط معدل الطفرات. هذا المخطط جذاب لأنه لا يعتمد على التأريخ الإشعاعي أو الافتراضات الأخرى حول معدلات التطور أو الطفرات. من الممكن أنه في غضون 1000 عام سيكون هناك فرق ضئيل للغاية لا يمكن قياسه. هذا على الأقل لا يزال يعطينا بعض المعلومات المفيدة.

          (مشروع لعلماء الخلق!)

          على طول هذا الخط ، تم إجراء بعض العمل مؤخرًا لقياس معدل الاستبدال في الحمض النووي للميتوكوندريا بشكل صريح. المرجع هو بارسونز ، توماس جيه ، وآخرون ، معدل إحلال عالٍ ملحوظ في منطقة التحكم في الحمض النووي للميتوكوندريا البشرية ، Nature Genetics vol. 15 ، أبريل 1997 ، ص 363-367. الملخص كما يلي:

          "معدل ونمط بدائل التسلسل في منطقة التحكم في الحمض النووي للميتوكوندريا (mtDNA) (CR) لهما أهمية مركزية لدراسات التطور البشري واختبار الهوية الجنائية. هنا ، نُبلغ عن قياس مباشر لمعدل الاستبدال بين الأجيال في الإنسان. CR. قمنا بمقارنة تسلسل الحمض النووي لقطعتين متغيرين للغاية من CR من أقارب الأمهات المقربين ، من 134 سلالة mtDNA مستقلة تغطي 327 حدثًا جيليًا.لوحظت عشر مجموعات فرعية ، مما أدى إلى معدل تجريبي من 1/33 جيل ، أو 2.5 / موقع / Myr. هذا أعلى بحوالي عشرين ضعفًا من التقديرات المستمدة من تحليلات التطور. تشير البيانات أيضًا إلى أن الفصل السريع للغاية لمتغيرات تسلسل CR بين الأجيال أمر شائع في البشر ، مع mtDN صغير جدًا عنق الزجاجة. هذه النتائج لها آثار على تطبيقات الطب الشرعي ودراسات التطور البشري ". (المرجع السابق ص 363).

          "معدل الإحلال المرصود المبلغ عنه هنا مرتفع للغاية مقارنة بالمعدلات المستنبطة من الدراسات التطورية. تم اشتقاق مجموعة واسعة من معدلات استبدال CR من دراسات علم الوراثة ، والتي تمتد تقريبًا من 0.025-0.26 / موقع / Myr ، بما في ذلك فترات الثقة. دراسة أسفرت عن واحد من التقديرات الأسرع أعطت معدل الاستبدال للمناطق المتغيرة للغاية CR مثل 0.118 + - 0.031 / موقع / Myr. بافتراض أن وقت الجيل 20 عامًا ، فإن هذا يتوافق مع

          1/600 جيل وعمر mtDNA MRCA 133000 سنة. وبالتالي ، فإن ملاحظتنا لمعدل الاستبدال ، 2.5 / موقع / Myr ، أعلى بحوالي 20 ضعفًا مما يمكن توقعه من تحليلات علم الوراثة. إن استخدام معدلنا التجريبي لمعايرة الساعة الجزيئية mtDNA سيؤدي إلى عمر mtDNA MRCA فقط

          6500 سنة ، يتعارض بشكل واضح مع العصر المعروف للإنسان الحديث. حتى مع الاعتراف بأن MRCA لـ mtDNA قد يكون أصغر من MRCA للإنسان الحديث ، فإنه لا يزال من غير المعقول تفسير التوزيع الجغرافي المعروف لتغير تسلسل mtDNA عن طريق الهجرة البشرية التي حدثت فقط في الماضي.

          أوضح أحد علماء الأحياء تقدير السن الصغير بافتراض أن 19/20 من الطفرات في منطقة التحكم هذه ضارة قليلاً وسيتم القضاء عليها في النهاية من السكان. يبدو هذا غير محتمل ، لأن هذه المنطقة تميل إلى التباين كثيرًا وبالتالي ربما يكون لها وظيفة قليلة. بالإضافة إلى ذلك ، يجب أن يكون العيب الانتقائي لهذه الطفرات 19/20 حوالي 1/300 أو أعلى لتجنب إنتاج المزيد من الاختلاف في التسلسلات مما لوحظ في أكثر من 6000 عام. هذا يعني أن واحدًا من كل 300 فرد يجب أن يموت بسبب حدوث طفرات في هذه المنطقة. يبدو أن هذا رقم مرتفع في منطقة يبدو أنها تفتقر إلى وظيفة إلى حد كبير. من المثير للاهتمام أن نفس عالم الأحياء يشعر أن 9/10 من الطفرات في مناطق ترميز الحمض النووي محايدة. هذا يجعل مناطق تشفير الحمض النووي أقل تقييدًا من منطقة التحكم التي تبدو عديمة الوظيفة في الحمض النووي للميتوكوندريا!


          شاهد الفيديو: 23- الطفرات جزء 3 الطفرة الجينية الموضعية (ديسمبر 2022).