الحمض النووي غير المشفر

📅 آخر تحديث: ٢٨ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٨ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 3 صور
الموسوعة الحرة

تُعدّ تسلسلات الحمض النووي غير المشفر ( ncDNA ) مكونات من الحمض النووي للكائن الحي لا تُشفّر تسلسلات بروتينية . يُنسخ جزء من الحمض النووي غير المشفر إلى جزيئات RNA وظيفية غير مشفرة (مثل RNA الناقل ، و microRNA ، وpiRNA ، و rRNA الريبوسومي ، و RNA التنظيمي ). تشمل المناطق الوظيفية الأخرى في جزء الحمض النووي غير المشفر تسلسلات تنظيمية تتحكم في التعبير الجيني ، ومناطق ارتباط السقالات ، ومواقع بدء تضاعف الحمض النووي ، والسنتروميرات ، والتيلوميرات . تبدو بعض المناطق غير المشفرة غير وظيفية في الغالب، مثل الإنترونات ، والجينات الكاذبة ، والحمض النووي بين الجينات ، وشظايا العناصر المتحركة والفيروسات . تُسمى المناطق غير الوظيفية تمامًا بالحمض النووي غير الوظيفي .

نسبة الحمض النووي الجينومي غير المشفر

في البكتيريا ، تشغل المناطق المشفرة عادةً 88% من الجينوم. [ 1 ] أما النسبة المتبقية البالغة 12% فلا تشفر بروتينات، ولكن جزءًا كبيرًا منها لا يزال له وظيفة بيولوجية من خلال جينات يكون فيها نسخ الحمض النووي الريبوزي (RNA) وظيفيًا (جينات غير مشفرة) وتسلسلات تنظيمية، مما يعني أن معظم الجينوم البكتيري له وظيفة. [ 1 ] عادةً ما تكون كمية الحمض النووي المشفر في حقيقيات النوى نسبةً أقل بكثير من الجينوم، لأن جينومات حقيقيات النوى تحتوي على كميات كبيرة من الحمض النووي المتكرر غير الموجود في بدائيات النوى. يحتوي الجينوم البشري على ما بين 1-2% من الحمض النووي المشفر. [ 2 ] [ 3 ] الرقم الدقيق غير معروف لوجود خلافات حول عدد الإكسونات المشفرة الوظيفية وحول الحجم الإجمالي للجينوم البشري. هذا يعني أن 98-99% من الجينوم البشري يتكون من حمض نووي غير مشفر، ويشمل ذلك العديد من العناصر الوظيفية مثل الجينات غير المشفرة والتسلسلات التنظيمية.

يتفاوت حجم الجينوم في حقيقيات النوى بشكل كبير، حتى بين الأنواع المتقاربة. عُرفت هذه الظاهرة المحيرة في الأصل باسم مفارقة قيمة C، حيث تشير "C" إلى حجم الجينوم الأحادي. [ 4 ] وقد حُلّت هذه المفارقة باكتشاف أن معظم الاختلافات تعود إلى تمدد وانكماش الحمض النووي المتكرر، وليس إلى عدد الجينات. تكهّن بعض الباحثين بأن هذا الحمض النووي المتكرر هو في معظمه حمض نووي غير وظيفي . لا تزال أسباب التغيرات في حجم الجينوم قيد الدراسة، وتُعرف هذه المشكلة باسم لغز قيمة C. [ 5 ]

أدى ذلك إلى ملاحظة أن عدد الجينات لا يبدو مرتبطًا بمفاهيم التعقيد المتصورة، إذ يبدو عدد الجينات ثابتًا نسبيًا، وهي مشكلة تُعرف باسم مفارقة قيمة G. [ 6 ] على سبيل المثال، أُفيد أن جينوم الكائن وحيد الخلية Polychaos dubium (المعروف سابقًا باسم Amoeba dubia ) يحتوي على أكثر من 200 ضعف كمية الحمض النووي الموجودة في الإنسان (أي أكثر من 600 مليار زوج من القواعد مقابل ما يزيد قليلًا عن 3 مليارات في الإنسان). [ 7 ] يبلغ حجم جينوم سمكة البخاخ Takifugu rubripes ثُمن حجم الجينوم البشري تقريبًا، ومع ذلك يبدو أن لديه عددًا مماثلًا من الجينات. تشغل الجينات حوالي 30% من جينوم سمكة البخاخ، بينما يمثل الحمض النووي المشفر حوالي 10%. (الحمض النووي غير المشفر = 90%). ويعود صغر حجم جينوم سمكة البخاخ إلى انخفاض طول الإنترونات وقلة تكرار الحمض النووي. [ 8 ] [ 9 ]

نبات "أوتريكولاريا جيبا" (Utricularia gibba )، وهو من فصيلة نباتات المثانة ، يمتلك جينومًا نوويًا صغيرًا جدًا(100.7 ميجابايت) مقارنةً بمعظم النباتات. [ 10 ] [ 11 ] ومن المرجح أنه تطور من جينوم سلفي كان حجمه 1500 ميجابايت. [ 11 ] يحتوي جينوم نبات المثانة على عدد مماثل تقريبًا من الجينات الموجودة في النباتات الأخرى، لكن إجمالي كمية الحمض النووي المشفر يبلغ حوالي 30% من الجينوم. [ 10 ] [ 11 ]

يتكون الجزء المتبقي من الجينوم (70% حمض نووي غير مشفر) من محفزات وتسلسلات تنظيمية أقصر من تلك الموجودة في أنواع نباتية أخرى. [ 10 ] تحتوي الجينات على إنترونات، ولكن عددها أقل وهي أصغر من إنترونات الجينومات النباتية الأخرى. [ 10 ] توجد جينات غير مشفرة، بما في ذلك نسخ عديدة من جينات الحمض النووي الريبوزي الريبوسومي. [ 11 ] يحتوي الجينوم أيضًا على تسلسلات التيلومير والسنتروميرات كما هو متوقع. [ 11 ] حُذف جزء كبير من الحمض النووي المتكرر الموجود في حقيقيات النوى الأخرى من جينوم نبات المثانة منذ انفصال هذا السلالة عن سلالات النباتات الأخرى. يتكون حوالي 59% من جينوم نبات المثانة من تسلسلات مرتبطة بالترانسبوزون، ولكن نظرًا لأن الجينوم أصغر بكثير من الجينومات الأخرى، فإن هذا يمثل انخفاضًا كبيرًا في كمية هذا الحمض النووي. [ 11 ] يشير مؤلفو المقالة الأصلية لعام 2013 إلى أن الادعاءات المتعلقة بوجود عناصر وظيفية إضافية في الحمض النووي غير المشفر للحيوانات لا يبدو أنها تنطبق على جينومات النباتات. [ 10 ]

بحسب مقال في صحيفة نيويورك تايمز، خلال تطور هذا النوع، "تم التخلص من الحمض النووي غير الضروري، واحتُفظ بالحمض النووي الضروري." [ 12 ] ووفقًا لفيكتور ألبرت من جامعة بافالو، فإن النبات قادر على التخلص من ما يُسمى بالحمض النووي غير الضروري، و"يُمكنه أن يُنتج نباتًا متعدد الخلايا سليمًا تمامًا، يحتوي على العديد من الخلايا والأعضاء وأنواع الأنسجة والأزهار المختلفة، وذلك دون الحاجة إلى الحمض النووي غير الضروري." [ 13 ]

أنواع تسلسلات الحمض النووي غير المشفرة

الجينات غير المشفرة

يوجد نوعان من الجينات : جينات ترميز البروتين وجينات غير ترميزية . [ 14 ] تُعدّ الجينات غير الترميزية جزءًا مهمًا من الحمض النووي غير المشفر، وتشمل جينات الحمض النووي الريبوزي الناقل (tRNA) والحمض النووي الريبوزي الريبوسومي (rRNA ). اكتُشفت هذه الجينات في ستينيات القرن العشرين. تحتوي جينومات بدائيات النوى على جينات لعدد من أنواع الحمض النووي الريبوزي غير المشفر الأخرى، لكن جينات الحمض النووي الريبوزي غير المشفر أكثر شيوعًا في حقيقيات النوى.

تشمل الفئات النموذجية للجينات غير المشفرة في حقيقيات النوى جينات الحمض النووي الريبوزي النووي الصغير (snRNAs)، والحمض النووي الريبوزي النووي الصغير ( snoRNAs)، والحمض النووي الريبوزي الميكروي (miRNAs)، والحمض النووي الريبوزي المتداخل القصير (siRNAs)، والحمض النووي الريبوزي المتفاعل مع بروتين PIWI (piRNAs)، والحمض النووي الريبوزي الطويل غير المشفر (lncRNAs). إضافةً إلى ذلك، يوجد عدد من جينات الحمض النووي الريبوزي الفريدة التي تُنتج الحمض النووي الريبوزي المحفز . [ 15 ]

لا تشكل الجينات غير المشفرة سوى نسبة ضئيلة من جينومات بدائيات النوى [ 16 ] ، لكنها قد تمثل نسبة أعلى بكثير في جينومات حقيقيات النوى [ 17 ] . في البشر، تشغل الجينات غير المشفرة ما لا يقل عن 6% من الجينوم، ويعود ذلك أساسًا إلى وجود مئات النسخ من جينات الحمض النووي الريبوزي الريبوسومي. أما الجينات المشفرة للبروتينات فتشغل حوالي 38% من الجينوم، وهي نسبة أعلى بكثير من نسبة المنطقة المشفرة، نظرًا لاحتواء الجينات على إنترونات كبيرة.

يُعدّ العدد الإجمالي للجينات غير المشفرة في الجينوم البشري موضع جدل. يعتقد بعض العلماء أن عددها لا يتجاوز 5000 جين، بينما يرى آخرون أنها قد تتجاوز 100000 جين (انظر مقال الحمض النووي الريبوزي غير المشفر ). ​​ويعود هذا الاختلاف في معظمه إلى الجدل الدائر حول عدد جينات الحمض النووي الريبوزي الطويل غير المشفر (lncRNA). [ 18 ]

المروجين والعناصر التنظيمية

المحفزات هي أجزاء من الحمض النووي (DNA) تقع بالقرب من الطرف 5' للجين، حيث تبدأ عملية النسخ. وهي المواقع التي يرتبط بها إنزيم بوليميراز الحمض النووي الريبي (RNA polymerase) لبدء عملية تخليق الحمض النووي الريبي. لكل جين محفز غير مشفر.

العناصر التنظيمية هي مواقع تتحكم في نسخ جين مجاور. وهي في الغالب عبارة عن تسلسلات ترتبط فيها عوامل النسخ بالحمض النووي، ويمكن لهذه العوامل إما تنشيط عملية النسخ (المنشطات) أو تثبيطها (المثبطات). اكتُشفت العناصر التنظيمية في ستينيات القرن العشرين، ووُضعت خصائصها العامة في سبعينيات القرن نفسه من خلال دراسة عوامل نسخ محددة في البكتيريا والعاثيات .

تُمثل المحفزات والتسلسلات التنظيمية فئةً وفيرة من الحمض النووي غير المشفر، لكنها تتكون في الغالب من مجموعة من التسلسلات القصيرة نسبيًا، لذا فهي لا تشغل حيزًا كبيرًا من الجينوم. ولا يزال حجم الحمض النووي التنظيمي في جينوم الثدييات غير واضح، لصعوبة التمييز بين مواقع ارتباط عوامل النسخ غير الفعالة وتلك الفعالة. وقد تم تحديد خصائص ارتباط البروتينات النموذجية المرتبطة بالحمض النووي في سبعينيات القرن الماضي، وتشير الخصائص البيوكيميائية لعوامل النسخ إلى أن غالبية مواقع الارتباط في الخلايا ذات الجينومات الكبيرة لن تكون فعالة بيولوجيًا.

توجد العديد من التسلسلات التنظيمية بالقرب من المحفزات، عادةً في اتجاه 5' لموقع بدء النسخ الجيني. بعضها يقع داخل الجين نفسه، وقليل منها يقع في اتجاه 3' لموقع انتهاء النسخ. في حقيقيات النوى، توجد بعض التسلسلات التنظيمية على مسافة كبيرة من منطقة المحفز. تُسمى بعض هذه التسلسلات التنظيمية بالمعززات أو الكابتات، ولكن لا يوجد تعريف دقيق يميزها عن مواقع ارتباط عوامل النسخ الأخرى. [ 19 ] [ 20 ] [ 21 ] [ 22 ]

الإنترونات

رسم توضيحي لسلف mRNA غير الموصول، يحتوي على خمسة إنترونات وستة إكسونات (أعلى). بعد إزالة الإنترونات عن طريق التوصيل، يصبح تسلسل mRNA الناضج جاهزًا للترجمة (أسفل).

الإنترونات هي أجزاء من الجين تُنسخ إلى تسلسل الحمض النووي الريبوزي الأولي ، ولكنها تُزال في النهاية عن طريق عملية التضفير أثناء معالجة الحمض النووي الريبوزي الناضج. توجد الإنترونات في كلا نوعي الجينات: الجينات المشفرة للبروتينات والجينات غير المشفرة. وهي موجودة في بدائيات النوى، ولكنها أكثر شيوعًا في جينومات حقيقيات النوى.

لا تشغل الإنترونات من المجموعتين الأولى والثانية سوى نسبة ضئيلة من الجينوم عند وجودها. أما إنترونات الجسيمات الرابطة (انظر الشكل) فتوجد فقط في حقيقيات النوى، وقد تشكل نسبة كبيرة من الجينوم. ففي الإنسان، على سبيل المثال، تغطي الإنترونات في الجينات المشفرة للبروتينات 37% من الجينوم. وبإضافة حوالي 1% من التسلسلات المشفرة، يصبح إجمالي الجينات المشفرة للبروتينات حوالي 38% من الجينوم البشري. أما حسابات الجينات غير المشفرة فهي أكثر تعقيدًا نظرًا لوجود خلاف كبير حول العدد الإجمالي لهذه الجينات، ولكن بالنظر إلى الأمثلة المحددة جيدًا فقط، نجد أن الجينات غير المشفرة تشغل ما لا يقل عن 6% من الجينوم. [ 23 ] [ 2 ]

المناطق غير المترجمة

تصف كتب الكيمياء الحيوية والبيولوجيا الجزيئية القياسية النيوكليوتيدات غير المشفرة في الحمض النووي الريبوزي الرسول (mRNA) الواقعة بين الطرف 5' للجين وكودون بدء الترجمة. تُسمى هذه المناطق بالمناطق غير المترجمة 5' (5'-UTRs). وتوجد مناطق مماثلة تُسمى المناطق غير المترجمة 3' (3'-UTRs) في نهاية الجين. تكون المناطق 5'-UTRs و3'-UTRs قصيرة جدًا في البكتيريا، ولكنها قد تصل إلى عدة مئات من النيوكليوتيدات في حقيقيات النوى. تحتوي هذه المناطق على عناصر قصيرة تتحكم في بدء الترجمة (5'-UTRs) وإنهاء النسخ (3'-UTRs)، بالإضافة إلى عناصر تنظيمية قد تتحكم في استقرار الحمض النووي الريبوزي الرسول (mRNA) ومعالجته وتوجيهه إلى مناطق مختلفة من الخلية. [ 24 ] [ 25 ] [ 26 ]

أصول التضاعف

تبدأ عملية تخليق الحمض النووي في مواقع محددة تُسمى مواقع بدء التضاعف . وهي مناطق في الجينوم حيث يتم تجميع آلية تضاعف الحمض النووي وفك التفاف الحمض النووي لبدء عملية التخليق. في معظم الحالات، يسير التضاعف في كلا الاتجاهين من موقع بدء التضاعف.

تتمثل السمات الرئيسية لمواقع بدء التضاعف في تسلسلات ترتبط بها بروتينات بدء محددة. يغطي موقع بدء التضاعف النموذجي ما بين 100 و200 زوج قاعدي من الحمض النووي. تحتوي بدائيات النوى على موقع بدء تضاعف واحد لكل كروموسوم أو بلازميد، بينما توجد عادةً مواقع بدء متعددة في كروموسومات حقيقيات النوى. يحتوي الجينوم البشري على حوالي 100,000 موقع بدء تضاعف، أي ما يعادل 0.3% من الجينوم. [ 27 ] [ 28 ] [ 29 ]

السنتروميرات

مخطط تخطيطي للكروموسوم البشري، يوضح نظرة عامة على الجينوم البشري بتقنية التلوين G ، حيث يوجد الحمض النووي غير المشفر في السنتروميرات (يظهر كجزء ضيق من كل كروموسوم)، ويتواجد أيضًا بدرجة أكبر في المناطق الداكنة ( الفقيرة بالمحتوى GC ). [ 30 ]

السنتروميرات هي المواقع التي ترتبط بها خيوط المغزل بالكروموسومات المتضاعفة حديثًا لفصلها إلى خلايا ابنة عند انقسام الخلية. يحتوي كل كروموسوم حقيقي النواة على سنترومير وظيفي واحد يظهر كمنطقة ضيقة في كروموسوم الطور الاستوائي المكثف. يتكون الحمض النووي السنتروميري من عدد من تسلسلات الحمض النووي المتكررة التي غالبًا ما تشغل جزءًا كبيرًا من الجينوم، لأن طول كل سنترومير قد يصل إلى ملايين الأزواج القاعدية. في البشر، على سبيل المثال، تم تحديد تسلسلات جميع السنتروميرات الـ 24 [ 31 ] ، وهي تمثل حوالي 6% من الجينوم. مع ذلك، من غير المرجح أن يكون كل هذا الحمض النووي غير المشفر ضروريًا، نظرًا لوجود تباين كبير في الكمية الإجمالية للحمض النووي السنتروميري بين الأفراد المختلفين. [ 32 ] تُعد السنتروميرات مثالًا آخر على تسلسلات الحمض النووي الوظيفية غير المشفرة المعروفة منذ ما يقرب من نصف قرن، ومن المرجح أنها أكثر وفرة من الحمض النووي المشفر.

التيلوميرات

التيلوميرات هي مناطق من الحمض النووي المتكرر في نهاية الكروموسوم ، وتوفر الحماية من تدهور الكروموسوم أثناء تضاعف الحمض النووي . وقد أظهرت دراسات حديثة أن التيلوميرات تساهم في استقرار الكروموسوم نفسه. وتُعدّ الحمض النووي الريبوزي المحتوي على تكرارات التيلوميرات (TERRA) نسخًا مشتقة من التيلوميرات. وقد ثبت أن TERRA يحافظ على نشاط إنزيم التيلوميراز ويطيل نهايات الكروموسومات. [ 33 ]

مناطق تثبيت السقالات

تُرتّب جينومات كلٍّ من بدائيات النوى وحقيقيات النوى في حلقات كبيرة من الحمض النووي المرتبط بالبروتين. في حقيقيات النوى، تُسمى قواعد هذه الحلقات بمناطق ارتباط السقالة (SARs)، وهي تتكون من أجزاء من الحمض النووي ترتبط بمركب من الحمض النووي الريبي والبروتين لتثبيت الحلقة. يوجد حوالي 100,000 حلقة في الجينوم البشري، وتتكون كل منطقة ارتباط سقالة من حوالي 100 زوج قاعدي من الحمض النووي، لذا فإن إجمالي كمية الحمض النووي المخصصة لمناطق ارتباط السقالة يُمثل حوالي 0.3% من الجينوم البشري. [ 34 ]

الجينات الكاذبة

الجينات الكاذبة هي في الغالب جينات سابقة فقدت وظيفتها نتيجة الطفرات، ولكن المصطلح يشير أيضًا إلى تسلسلات الحمض النووي غير النشطة المشتقة من الحمض النووي الريبوزي (RNA) الناتج عن جينات وظيفية ( الجينات الكاذبة المعالجة ). تشكل الجينات الكاذبة نسبة ضئيلة من الحمض النووي غير المشفر في جينومات بدائيات النوى، لأنها تُستبعد بفعل الانتقاء السلبي. مع ذلك، في بعض حقيقيات النوى، قد تتراكم الجينات الكاذبة لأن الانتقاء ليس قويًا بما يكفي لاستبعادها (انظر نظرية التطور الجزيئي شبه المحايدة ).

يحتوي الجينوم البشري على حوالي 15000 جين كاذب مشتق من جينات ترميز البروتين، وعدد غير معروف مشتق من جينات غير ترميزية. [ 35 ] وقد تغطي هذه الجينات جزءًا كبيرًا من الجينوم (حوالي 5%) نظرًا لاحتواء العديد منها على تسلسلات إنترونية سابقة.

الجينات الكاذبة هي حمض نووي غير وظيفي بحكم تعريفها، وتتطور بمعدل محايد كما هو متوقع للحمض النووي غير الوظيفي. [ 36 ] وقد اكتسبت بعض الجينات الكاذبة السابقة وظيفة ثانوية، مما يدفع بعض العلماء إلى التكهن بأن معظم الجينات الكاذبة ليست غير وظيفية لأن لها وظيفة لم تُكتشف بعد. [ 37 ]

التسلسلات المتكررة، والعناصر المتحركة، والعناصر الفيروسية

العناصر الوراثية المتنقلة في الخلية (يسار) وكيفية اكتسابها (يمين)

تُعدّ العناصر المتحركة (الترانسبوزونات) والعناصر المتحركة العكسية (الترانسبوزونات) عناصر وراثية متنقلة . وتشكل التسلسلات المتكررة للعناصر المتحركة العكسية ، والتي تشمل العناصر النووية المتناثرة الطويلة (LINEs) والعناصر النووية المتناثرة القصيرة (SINEs)، نسبة كبيرة من التسلسلات الجينومية في العديد من الأنواع. وتُعدّ تسلسلات Alu ، المصنفة كعنصر نووي متناثر قصير، أكثر العناصر المتحركة وفرةً في الجينوم البشري. وقد وُجدت بعض الأمثلة على عناصر SINEs التي تُمارس تحكمًا نسخياً في بعض الجينات المشفرة للبروتينات. [ 38 ] [ 39 ] [ 40 ]

تُعدّ تسلسلات الفيروسات القهقرية الداخلية نتاجًا لعملية النسخ العكسي لجينومات الفيروسات القهقرية إلى جينومات الخلايا الجرثومية . ويمكن أن تؤدي الطفرات داخل هذه التسلسلات المنسوخة عكسيًا إلى تعطيل الجينوم الفيروسي. [ 41 ]

يتكون أكثر من 8% من الجينوم البشري من تسلسلات فيروسات قهرية داخلية (متحللة في الغالب)، وذلك ضمن نسبة تزيد عن 42% مشتقة بشكل واضح من عناصر النسخ القهرية، بينما يمكن تحديد 3% أخرى على أنها بقايا عناصر نسخ الحمض النووي . ويُعتقد أن الجزء الأكبر من النصف المتبقي من الجينوم، والذي لا يزال أصله مجهولاً، قد نشأ من عناصر قابلة للنقل كانت نشطة منذ زمن بعيد (أكثر من 200 مليون سنة) لدرجة أن الطفرات العشوائية جعلتها غير قابلة للتمييز. [ 42 ] ويُعزى تباين حجم الجينوم في نوعين على الأقل من النباتات في الغالب إلى تسلسلات عناصر النسخ القهرية. [ 43 ] [ 44 ]

الحمض النووي المتكرر للغاية

يتكون الحمض النووي عالي التكرار من أجزاء قصيرة من الحمض النووي تتكرر عدة مرات متتالية (واحدة تلو الأخرى). يتراوح طول هذه الأجزاء عادةً بين 2 و10 أزواج قاعدية، ولكن توجد أجزاء أطول. يُعدّ الحمض النووي عالي التكرار نادرًا في بدائيات النوى، ولكنه شائع في حقيقيات النوى، وخاصةً تلك التي تمتلك جينومات كبيرة. ويُطلق عليه أحيانًا اسم الحمض النووي الساتلي .

يوجد معظم الحمض النووي المتكرر بكثرة في السنتروميرات والتيلوميرات (انظر أعلاه)، ومعظمه وظيفي، مع أن بعضه قد يكون زائداً عن الحاجة. أما الجزء المتبقي المهم فيوجد في التكرارات الترادفية القصيرة (STRs؛ وتُسمى أيضاً الميكروساتلايتات )، وهي عبارة عن امتدادات قصيرة من تكرار بسيط مثل ATC. يوجد حوالي 350,000 تكرار ترادفي قصير في الجينوم البشري، وهي منتشرة في جميع أنحاء الجينوم بمتوسط ​​طول يبلغ حوالي 25 تكراراً. [ 45 ] [ 46 ]

قد تُسبب الاختلافات في عدد تكرارات STR أمراضًا وراثية عندما تقع ضمن جين واحد، ولكن يبدو أن معظم هذه المناطق عبارة عن حمض نووي غير وظيفي، حيث يختلف عدد التكرارات بشكل كبير من فرد لآخر. ولهذا السبب، تُستخدم هذه الاختلافات في الطول على نطاق واسع في بصمة الحمض النووي .

الحمض النووي غير المشفر

الحمض النووي غير الوظيفي هو حمض نووي لا يؤدي أي وظيفة بيولوجية مهمة، مثل الجينات الكاذبة وشظايا العناصر المتحركة التي كانت نشطة في السابق. تحتوي جينومات البكتيريا والفيروسات على كميات ضئيلة جدًا من الحمض النووي غير الوظيفي [ 47 ] [ 48 ] ، ولكن قد تحتوي بعض جينومات حقيقيات النوى على كمية كبيرة منه [ 49 ] . لم تُحدد الكمية الدقيقة للحمض النووي غير الوظيفي في البشر والكائنات الحية الأخرى ذات الجينومات الكبيرة، وهناك جدل كبير في الأدبيات العلمية حول هذا الموضوع [ 50 ] [ 51 ] .

يوجد الحمض النووي غير الوظيفي في الجينومات البكتيرية في الغالب ضمن الجزء غير المشفر بين الجينات، ولكنه قد يوجد أيضًا داخل الإنترونات في الجينومات حقيقية النواة . وهناك أمثلة عديدة على عناصر الحمض النووي الوظيفية في الحمض النووي غير المشفر، ومن الخطأ مساواة الحمض النووي غير المشفر بالحمض النووي غير الوظيفي.

دراسات الارتباط على مستوى الجينوم (GWAS) والحمض النووي غير المشفر

تُحدد دراسات الارتباط على مستوى الجينوم (GWAS) الروابط بين الأليلات والصفات الملحوظة، مثل الأنماط الظاهرية والأمراض. ترتبط معظم هذه الارتباطات بتعدد أشكال النوكليوتيدات المفردة (SNPs) والصفة قيد الدراسة، وتقع معظم هذه التعددات في الحمض النووي غير الوظيفي. يُحدد الارتباط صلةً تُساعد في رسم خريطة منطقة الحمض النووي المسؤولة عن الصفة، ولكنه لا يُحدد بالضرورة الطفرات المُسببة للمرض أو الاختلاف في النمط الظاهري. [ 52 ] [ 53 ] [ 54 ] [ 55 ] [ 56 ]

تُعدّ المتغيرات النوكليوتيدية المفردة (SNPs) المرتبطة ارتباطًا وثيقًا بالصفات هي الأكثر احتمالًا لتحديد الطفرة المسببة للمرض. (يُشار إلى هذا الارتباط باسم عدم التوازن الارتباطي الوثيق ). يوجد حوالي 12% من هذه المتغيرات في المناطق المشفرة؛ وحوالي 40% في الإنترونات؛ ومعظم الباقي في المناطق بين الجينات، بما في ذلك التسلسلات التنظيمية. [ 53 ]

انظر أيضاً

مراجع

  1. 1 2 كيرشبيرغر، بي سي، شميدت، إم إل، وأوشمان، إتش (2020). "براعة الجينومات البكتيرية". المراجعة السنوية لعلم الأحياء الدقيقة . 74 : 815-834 . doi : 10.1146/annurev - micro-020518-115822 . PMID 32692614. S2CID 220699395 .  
  2. 1 2 بيوفيسان أ، أنطوناروس ف، فيتالي ل، ستريبولي ب، بيليري م.س، كاراكوزي م (2019). "الجينات البشرية المشفرة للبروتين وإحصائيات خصائص الجينات في عام 2019" . BMC Research Notes . 12 (1) 315. doi : 10.1186/s13104-019-4343-8 . PMC 6549324. PMID 31164174 .  
  3. ↑ أومين، جي إس (2021). " تأملات حول مشروع بروتيوم الإنسان التابع لمنظمة بروتيوم الإنسان، المشروع الرائد للمنظمة، بعد عشر سنوات" . علم البروتينات الجزيئي والخلوي . 20 100062. doi : 10.1016/j.mcpro.2021.100062 . PMC 8058560. PMID 33640492 .  
  4. ↑ توماس، سي. أ. (1971). "التنظيم الجيني للكروموسومات". المراجعة السنوية لعلم الوراثة . 5 : 237-256 . doi : 10.1146/annurev.ge.05.120171.001321 . PMID 16097657 . 
  5. ↑ إليوت، ت. أ.، وغريغوري، ت. ر. (2015). "ماذا يوجد في الجينوم؟ لغز قيمة C وتطور محتوى الجينوم حقيقي النواة" . معاملات الجمعية الملكية، السلسلة ب . 370 (1678) 20140331. doi : 10.1098/rstb.2014.0331 . PMC 4571570. PMID 26323762. S2CID 12095046 .   
  6. ↑ هان، إم دبليو، وراي ، جي إيه (2002). "مفارقة قيمة g". التطور والتنمية . 4 (2): 73-75 . doi : 10.1046/j.1525-142X.2002.01069.x . PMID 12004964. S2CID 2810069 .  
  7. ↑ غريغوري تي آر، هيبرت بي دي (أبريل 1999). "تعديل محتوى الحمض النووي: الأسباب المباشرة والنتائج النهائية" . أبحاث الجينوم . 9 (4): 317-324 . doi : 10.1101/gr.9.4.317 . PMID 10207154. S2CID 16791399 .  
  8. ↑ أباريسيو إس، تشابمان جيه، ستوبكا إي، بوتنام إن، شيا جيه إم، ديهال بي، كريستوفيلز إيه، راش إس، هون إس، سميت إيه (2002). "تجميع وتحليل جينوم سمكة الفوجو روبيبس بتقنية التسلسل العشوائي". مجلة ساينس . 297 (5585): 1301-1310 . رمز Bibcode : 2002Sci...297.1301A . doi : 10.1126/science.1072104 . PMID 12142439. S2CID 10310355 .  
  9. ↑ أونو س (1972). "كمية كبيرة من الحمض النووي "غير الوظيفي" في جينومنا". ندوات بروخافن في علم الأحياء . 23 : 366-370 . OCLC 101819442. PMID 5065367 .  
  10. 1 2 3 4 5 إيبارا-لاكليت إي، ليونز إي، هيرنانديز-جوزمان جي، بيريز-توريس كاليفورنيا، كاريتيرو-بوليت إل، تشانغ تي إتش، لان تي، ويلش إيه جيه، خواريز إم جيه، سيمبسون جيه، وآخرون . (2013). "الهندسة المعمارية وتطور الجينوم النباتي الدقيق" . طبيعة . 498 (7452): 94– 98. بيب كود : 2013Natur.498...94I . دوى : 10.1038 / طبيعة 12132 . بمك 4972453 . بميد 23665961 . S2CID 18219754 .    
  11. 1 2 3 4 5 6 لان تي، رينر تي، إيبارا-لاكليت إي، فار كيه إم، تشانغ تي إتش، سيرفانتس-بيريز إس إيه، تشنغ سي، سانكوف دي، تانغ إتش، وبوربوجاتي آر دبليو (2017). "التسلسل طويل القراءة يكشف عن التضاريس التكيفية لجينوم نبات لاحم" . وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم . 114 (22): E4435 – E4441. Bibcode : 2017PNAS..114E4435L . doi : 10.1073/pnas.1702072114 . PMC 5465930. PMID 28507139 .  
  12. ↑ كلاين ج (19 مايو 2017). "التعديل الجيني حوّل نباتات المثانة المحدبة إلى نباتات لاحمة" . نيويورك تايمز . تم الاطلاع عليه في 30 مايو 2022 .
  13. ↑ هسو سي، وستولت دي (13 مايو 2013). "نبات لاحم يتخلص من الحمض النووي 'غير الوظيفي'" (بيان صحفي). توسون، أريزونا، الولايات المتحدة الأمريكية: جامعة أريزونا . تم الاطلاع عليه في 29 مايو 2022 .
  14. ↑ كامبوراكيس ك (2017). فهم الجينات . كامبريدج، المملكة المتحدة: مطبعة جامعة كامبريدج. ISBN 978-1-107-12813-2.
  15. ↑ سيش تي آر، ستيتز جيه إيه (2014). "ثورة الحمض النووي الريبوزي غير المشفر - هدم القواعد القديمة لصياغة قواعد جديدة" . الخلية . 157 (1): 77-94 . doi : 10.1016/j.cell.2014.03.008 . PMID 24679528. S2CID 14852160 .  
  16. ↑ روغوزين، آي. بي.، ماكاروفا، ك. س.، ناتالي، د. أ.، سبيريدونوف، أ. ن.، تاتوسوف، ر. ل.، وولف، ي. آي.، وآخرون . (أكتوبر 2002). "التطور المتوافق لفئات مختلفة من الحمض النووي غير المشفر في جينومات بدائيات النوى" . مجلة أبحاث الأحماض النووية . 30 (19): 4264-4271 . doi : 10.1093/nar/gkf549 . PMC 140549. PMID 12364605 .   
  17. ↑ بيلاوسكي جيه بي، جونز سي (2016). "التطور الجزيئي التكيفي: طرق الكشف". موسوعة علم الأحياء التطوري . ص 16-25 . doi : 10.1016/B978-0-12-800049-6.00171-2 . ISBN  978-0-12-800426-5.
  18. ↑ بونتينغ سي بي، وهارتي دبليو (2022). "تحليل شامل للجينوم للحمض النووي الريبوزي الطويل غير المشفر البشري: مراجعة مثيرة" . المراجعة السنوية لعلم الجينوم وعلم الوراثة البشرية . 23 : 153-172 . doi : 10.1146/annurev-genom-112921-123710 . hdl : 20.500.11820/ede40d70-b99c-42b0- a378-3b9b7b256a1b . PMID 35395170. S2CID 248049706 .  
  19. ↑ كومبي إي، إيغلي جيه إم (2021). "الطريق الطويل لفهم بدء نسخ الحمض النووي الريبوزي منقوص الأكسجين II والمتلازمات ذات الصلة". المراجعة السنوية للكيمياء الحيوية . 90 : 193-219 . doi : 10.1146/annurev-biochem-090220-112253 . PMID 34153211. S2CID 235595550 .  
  20. ↑ فيزل أ، روبين إي إم، بيناشيو إل إيه (سبتمبر 2009). "نظرة جينومية على المعززات بعيدة التأثير" . نيتشر . 461 (7261): 199-205 . Bibcode : 2009Natur.461..199V . doi : 10.1038/nature08451 . PMC 2923221. PMID 19741700 .  
  21. ↑ بانغ، باوكسو؛ فان ويرد، جان هـ.؛ هاموين، فيجا ل.؛ سنايدر، مايكل ب. (يونيو 2023). "تحديد عناصر كبت التعبير الجيني غير المشفرة وتنظيمها للتعبير الجيني". مجلة Nature Reviews Molecular Cell Biology . 24 (6): 383–395 . doi : 10.1038/s41580-022-00549-9 . hdl : 1887/3564518 .
  22. ↑ بانغ، باوكسو؛ سنايدر، مايكل ب. (مارس 2020). "التحديد المنهجي للمثبطات في الخلايا البشرية" . علم الوراثة الطبيعية . 52 (3): 254-263 . doi : 10.1038/s41588-020-0578-5 . PMC 7148122 . 
  23. ↑ هارو ج، فرانكيش أ، غونزاليس ج م، تاباناري إ، ديكهانز م، كوكوسينسكي ف، أكن ب ل، باريل د، زاديسا أ، سيرل س (2012). " جينكود: مرجع ترميز الجينوم البشري لمشروع إنكود" . أبحاث الجينوم . 22 (9): 1760-1774 . doi : 10.1101/gr.135350.111 . PMC 3431492. PMID 22955987 .  
  24. ↑ ألبرتس ب، براي د، لويس ج، راف م، روبرتس ك، واتسون ج د (1994). البيولوجيا الجزيئية للخلية، الطبعة الثالثة . لندن، المملكة المتحدة: دار نشر جارلاند.
  25. ↑ ليوين ب (2004). الجينات الثامن . أبر سادل ريفر، نيوجيرسي، الولايات المتحدة الأمريكية: بيرسون/برنتيس هول.
  26. ↑ موران إل، هورتون إتش آر، سكريمجور كيه جي، بيري إم دي (2012). مبادئ الكيمياء الحيوية، الطبعة الخامسة . أبر سادل ريفر، نيوجيرسي، الولايات المتحدة الأمريكية: بيرسون.
  27. ↑ ليونارد إيه سي، ميشالي إم (2013). " أصول تضاعف الحمض النووي" . وجهات نظر كولد سبرينغ هاربور في علم الأحياء . 5 (10) a010116. doi : 10.1101/cshperspect.a010116 . PMC 3783049. PMID 23838439 .  
  28. ↑ أوربان جيه إم، فولك إم إس، كاسيلا سي، جيربي إس إيه (2015). " البحث عن أصول تضاعف الحمض النووي في حقيقيات النوى متعددة الخلايا" . تقارير F1000Prime . 7 : 30. doi : 10.12703/P7-30 . PMC 4371235. PMID 25926981 .  
  29. ↑ بريوليو م، ماك ألبين د.م. (2016). "أصول تضاعف الحمض النووي - من أين نبدأ؟" . الجينات والتطور . 30 (15): 1683-1697 . doi : 10.1101/gad.285114.116 . PMC 5002974. PMID 27542827 .  
  30. ↑ روميغييه ج، روكس س (2017). " التحيزات التحليلية المرتبطة بمحتوى GC في التطور الجزيئي" . فرونتيرز إن جينيتكس . 8 : 16. doi : 10.3389/fgene.2017.00016 . PMC 5309256. PMID 28261263 .  
  31. ↑ ألتيموس إن، لوجسدون جا، بزيكادزه إيه في، سيدهواني بي، لانجلي إس إيه، كالداس جي في، وآخرون . (2021). "خرائط جينومية وجينية كاملة للسينتروميرات البشرية" . علوم . 376 (6588) eabl4178: 56. دوى : 10.1126/science.abl4178 . بمك 9233505 . بميد 35357911 . S2CID 247853627 .    
  32. ↑ ميغا كيه إتش (2019). " الحمض النووي الساتلي المركزي: تنوع تسلسلي خفي في البشر" . الجينات . 10 (5): 353. doi : 10.3390/genes10050352 . PMC 6562703. PMID 31072070 .  
  33. ↑ كوسانيلي إي، تشارتراند ب (مايو 2014). "الحمض النووي الريبوزي غير المشفر للتيلومير: الحمض النووي الريبوزي المحتوي على تكرارات تيلوميرية في بيولوجيا التيلومير". مراجعات وايلي متعددة التخصصات. الحمض النووي الريبوزي . 5 (3): 407-419 . doi : 10.1002/wrna.1220 . PMID 24523222. S2CID 36918311 .  
  34. ↑ ميستريلي تي (2020). "الجينوم ذاتي التنظيم: مبادئ بنية الجينوم ووظيفته" . الخلية . 183 (1): 28-45 . doi : 10.1016/j.cell.2020.09.014 . PMC 7541718. PMID 32976797 .  
  35. ↑ "مجموعة جينوم الإنسان المرجعي GRCh38.p13" . مؤرشف من الأصل بتاريخ 2023-11-03 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 2022-05-19 .
  36. ↑ Xu J, Zhang J (2015). "هل الجينات الكاذبة المترجمة بشريًا وظيفية؟" . علم الأحياء الجزيئي والتطور . 33 (3): 755-760 . doi : 10.1093 / molbev/msv268 . PMC 5009996. PMID 26589994 .  
  37. ↑ وين واي زد، تشنغ إل إل، كو إل إتش، أيالا إف جيه، لون زد آر (2012). "الجينات الكاذبة لم تعد كاذبة" . بيولوجيا الحمض النووي الريبي . 9 (1): 27-32 . doi : 10.4161/rna.9.1.18277 . PMID 22258143. S2CID 13161678 .  
  38. ↑ بونيكسان إس إل، كوجل جيه إف، جودريتش جيه إيه (أبريل 2010). "جواهر جينومية: تنظم جزيئات SINE RNA إنتاج mRNA" . الرأي الحالي في علم الوراثة والتطور . 20 (2): 149-155 . doi : 10.1016/j.gde.2010.01.004 . PMC 2859989. PMID 20176473 .  
  39. ↑ هاسلر ج، صامويلسون ت، ستروب ك (يوليو 2007). "الحمض النووي الريبوزي Alu المفيد في النسخ الجيني البشري" . علوم الحياة الخلوية والجزيئية (مخطوطة قيد النشر). 64 (14): 1793-1800 . doi : 10.1007/ s00018-007-7084-0 . PMC 11136058. PMID 17514354. S2CID 5938630 .   
  40. ↑ والترز، آر. دي.، كوجل، جيه. إف.، وجودريتش، جيه. إيه. (أغسطس 2009). " النفايات القيّمة: التأثير الخلوي ووظيفة الحمض النووي الريبوزي Alu وB2" . مجلة IUBMB Life . 61 (8): 831-837 . doi : 10.1002/iub.227 . PMC 4049031. PMID 19621349 .  
  41. ↑ نيلسون، ب. ن.، هولي، ب.، رودن، د.، دافاري إجتيهادي، هـ.، ريلانس، ب.، وارين، ب.، وآخرون . (أكتوبر 2004). "الفيروسات القهقرية الداخلية البشرية: عناصر قابلة للانتقال ذات إمكانات؟" . علم المناعة السريري والتجريبي . 138 (1): 1-9 . doi : 10.1111/j.1365-2249.2004.02592.x . PMC 1809191. PMID 15373898 .   
  42. ↑ لاندر إي إس، لينتون إل إم، بيرين بي، نوسباوم سي، زودي إم سي، بالدوين جيه، وآخرون . (فبراير 2001). "التسلسل الأولي وتحليل الجينوم البشري" . نيتشر . 409 (6822): 860-921 . Bibcode : 2001Natur.409..860L . doi : 10.1038/35057062 . hdl : 2027.42/62798 . PMID 11237011 .  
  43. ↑ بيغو ب، غيوت ر، بيكو ن، رولان أ، سانيال أ، وآخرون (أكتوبر 2006). "مضاعفة حجم الجينوم دون تعدد الصيغ الصبغية: ديناميكيات التوسعات الجينومية المدفوعة بالنسخ العكسي في أوريزا أسترالينسيس، وهو نوع بري قريب من الأرز" . أبحاث الجينوم . 16 (10): 1262-1269 . doi : 10.1101/gr.5290206 . PMC 1581435. PMID 16963705 .   
  44. ↑ هوكينز جيه إس، كيم إتش، نايسون جيه دي، وينغ آر إيه، ويندل جيه إف (أكتوبر 2006). "التضخيم التفاضلي الخاص بالسلالة للعناصر القابلة للنقل مسؤول عن تباين حجم الجينوم في القطن" . أبحاث الجينوم . 16 (10): 1252-1261 . doi : 10.1101/gr.5282906 . PMC 1581434. PMID 16954538 .  
  45. ↑ جيمريك م، ويليمز ت، غيلماتري أ، زينغ هـ، ماركوس ب، جورجيف س، دالي م ج، برايس أ ل، بريتشارد ج ك، شارب أ ج، إيرليخ ي (2016). " مساهمة وفيرة للتكرارات الترادفية القصيرة في تباين التعبير الجيني لدى البشر" . علم الوراثة الطبيعية . 48 (1): 22-29 . doi : 10.1038/ng.3461 . PMC 4909355. PMID 26642241 .  
  46. ↑ كروننبرغ، زد. إن.، فيدز، آي. تي.، غوردون، دي.، مورالي، إس.، كانتسيليريس، إس.، مايرسون، أو. إس.، أندروود، جيه. جي.، نيلسون، بي. جيه.، تشايسون، إم. جيه.، دوغيرتي، إم. إل. (2018). " تحليل مقارن عالي الدقة لجينومات القردة العليا" . مجلة ساينس . 360 (6393) eaar6343: 1085. doi : 10.1126/science.aar6343 . PMC 6178954. PMID 29880660 .  
  47. ↑ جيل ر، ولاتوري أ (2012). "العوامل الكامنة وراء الحمض النووي غير الوظيفي في البكتيريا" . الجينات . 3 (4): 634-650 . doi : 10.3390/genes3040634 . PMC 3899985. PMID 24705080 .  
  48. ↑ براندس، ناداف؛ لينال، ميخال (2016). " تداخل الجينات وقيود الحجم في عالم الفيروسات" . بيولوجي دايركت . 11 (1): 26. doi : 10.1186/s13062-016-0128-3 . ISSN 1745-6150 . PMC 4875738. PMID 27209091 .   
  49. ↑ بالازو إيه إف، غريغوري تي آر (مايو 2014). "حجة الحمض النووي غير الوظيفي" . مجلة PLOS Genetics . 10 (5) e1004351. doi : 10.1371/journal.pgen.1004351 . PMC 4014423. PMID 24809441 .  
  50. ↑ مورانج، ميشيل (2014). "الجينوم كبنية متعددة الأغراض بناها التطور" ( ملف PDF) . وجهات نظر في علم الأحياء والطب . 57 (1): 162-171 . doi : 10.1353/pbm.2014.0008 . PMID 25345709. S2CID 27613442 .  
  51. ↑ هيرتي دبليو، وبونتينغ سي بي (2014). "لا يوجد جين في الجينوم منطقي إلا في ضوء التطور" . المراجعة السنوية لعلم الجينوم وعلم الوراثة البشرية . 25 : 71-92 . doi : 10.1146/annurev-genom-090413-025621 . PMID 24773316 . 
  52. ↑ كورت أ، فارلو أ (2013). "مزايا وقيود تحليل الصفات باستخدام دراسات الارتباط على مستوى الجينوم: مراجعة" . طرق النبات . 9 (1): 29. Bibcode : 2013PlMet...9...29K . doi : 10.1186 / 1746-4811-9-29 . PMC 3750305. PMID 23876160. S2CID 206976469 .   
  53. 1 2 مانوليو، ت. أ. (يوليو 2010). "دراسات الارتباط على مستوى الجينوم وتقييم خطر الإصابة بالأمراض" . مجلة نيو إنجلاند الطبية . 363 (2): 166-176 . doi : 10.1056/NEJMra0905980 . PMID 20647212 . 
  54. ↑ فيشر، بي. في.، وراي، إن. آر.، وتشانغ، كيو.، وسكلار، بي.، ومكارثي، إم. آي.، وبراون، إم. إيه.، ويانغ، جيه. (2017). " عشر سنوات من اكتشافات دراسات الارتباط على مستوى الجينوم: البيولوجيا، والوظيفة، والتطبيق" . المجلة الأمريكية لعلم الوراثة البشرية . 101 (1): 5-22 . doi : 10.1016/j.ajhg.2017.06.005 . PMC 5501872. PMID 28686856 .  
  55. ↑ غالاغر، دكتور في الطب، تشين-بلوتكين، أ.س. (2018). "عصر ما بعد دراسات الارتباط على مستوى الجينوم: من الارتباط إلى الوظيفة" . المجلة الأمريكية لعلم الوراثة البشرية . 102 (5): 717-730 . doi : 10.1016/j.ajhg.2018.04.002 . PMC 5986732. PMID 29727686 .  
  56. ^ ماريجورتا أم، رودريغيز جا، جيبسون جي، نافارو أ (2018). "قابلية التكرار والتنبؤ: الدروس والتحديات من GWAS" . الاتجاهات في علم الوراثة . 34 (7): 504-517 . دوى : 10.1016/j.tig.2018.03.005 . بمك 6003860 . بميد 29716745 .  

للمزيد من القراءة