تضخيم الجينات

في عام ١٩٦٨، درس دونالد د. براون وإيغور ب. داويد الحمض النووي الريبوزي المُضخّم ، وهو الحمض النووي الذي يُشفّر الحمض النووي الريبوزي 28S و18S ، ووصفا "تضخيمًا جينيًا مُحددًا" في البويضات . ^{[ ٣ ]} في هذه الدراسة على بويضات البرمائيات، وُجدت نسخ إضافية من الحمض النووي الريبوزي في الحويصلة الجرثومية؛ وترتبط هذه النسخ بنويات خارج الكروموسومات . ^{[ ٣ ]} كما وُجد أن الحمض النووي الريبوزي المُضخّم أكثر وفرةً مقارنةً بالحمض النووي النووي الكلي، ومقارنةً بالحمض النووي المُتماثل مع الحمض النووي الريبوزي 4S و5S. ^{[ ٣ ]} وجد الباحثان أدلةً على وجود نسخ إضافية من الحمض النووي الريبوزي في بويضات العديد من البرمائيات ، وكذلك في دودة إكيوريدية ومحار الشاطئ . ^{[ ٣ ]} قدمت هذه الورقة البحثية بعضًا من أوائل الأدلة على حدوث تغيير جيني عكسي خاص بنوع الخلية أثناء النمو. ^{[ ٣ ]}

في ظل الانتقاء الطبيعي أو الانتقاء الاصطناعي ، هناك حالات موثقة حيث يؤدي زيادة عدد نسخ الجينات عن طريق تضخيم الجينات إلى زيادة التعبير عن جين مستهدف أو جين مقاومة؛ وتشمل الحالات المعروفة جيدًا مقاومة مبيدات الأعشاب في النباتات، أو مقاومة الأدوية أو مضادات الميكروبات في البكتيريا أو الخميرة.

على سبيل المثال، في خميرة Saccharomyces cerevisiae ، ترتبط مقاومة النحاس بزيادة عدد نسخ جين CUP1 ، الذي يُشفّر بروتين الميثالوثيونين. ^{[ 4 ]} يتناسب مستوى مقاومة النحاس طرديًا مع عدد نسخ جين CUP1 ، ويمكن أن يتكرر هذا الموضع الجيني بشكل متسلسل. ^{[ 4 ]}

توجد أيضًا أمثلة عديدة على زيادة البكتيريا لمقاومتها عن طريق تضخيم الجينات التي تشفر أهداف الأدوية، أو وظائف الإخراج، أو الإنزيمات المعدلة للمضادات الحيوية. وفي هذا السياق، توجد حالات موثقة لمقاومة الأمبيسيلين، وهو أحد مضادات البيتا لاكتام، حيث تكيفت سلالات بكتيرية مع مستويات عالية من المضاد الحيوي عبر تضخيم الجين الذي يشفر إنزيم بيتا لاكتاماز AmpC . ^{[ 5 ]}

توجد في النباتات أمثلة عديدة على تضخيم الجينات المسؤولة عن تحمل مبيدات الأعشاب، استجابةً للتأثيرات الانتقائية لمبيدات مثل الغليفوسات . في الظروف الحقلية، وبعد معالجات زراعية متكررة وعلى مدى سنوات عديدة، لوحظ تضخيم جيني لإنزيم EPSP synthase في الأعشاب المقاومة للغليفوسات، مثل نبات القطيفة ، والكوشيا ، والقنب المائي ، وعشب الإوز ، والراي الإيطالي ، وعشب المروج السنوي . ^{[ 6 ] [ 7 ] [ 8 ]} يُثبط الغليفوسات النشاط الإنزيمي لإنزيم EPSP synthase بالتساوي في كل من النباتات المقاومة والحساسة، ولكن يزداد العدد النسبي لنسخ الجين المشفر في النباتات المقاومة للغليفوسات من 5 أضعاف إلى أكثر من 160 ضعفًا، مما يؤدي إلى زيادة كبيرة في الإنزيم المستهدف بالغليفوسات، وبالتالي تمكين الأعشاب من البقاء. ^{[ 7 ]} يُعد تضخيم جين إنزيم EPSP synthase أحد الآليات الرئيسية لمقاومة الغليفوسات في الأعشاب الضارة نتيجة لزيادة عدد نسخ إنزيم EPSP synthase وتعبيره. ^{[ 8 ]}

على مستوى الجينوم، يمكن أن تزداد كمية الحمض النووي أو عدد الجينات داخل الكائن الحي من خلال تضاعف الجينات ، وهي آلية رئيسية لتوليد مادة وراثية جديدة خلال التطور الجزيئي . تشمل المصادر الشائعة لتضاعف الجينات، الذي يؤدي إلى تضخيمها ، إعادة التركيب غير المتجانس ، وأحداث النسخ العكسي ، وانزلاق التضاعف . ^{[ 9 ]} قد تشمل الأحداث التطورية أو الكروموسومية الأوسع نطاقًا اختلال الصيغة الصبغية أو تعدد الصيغ الصبغية ، ولا تُعتبر عادةً تضخيمًا للجينات يؤدي إلى زيادة عدد نسخ جين معين أو منطقة جينومية.