خانه / تازه‌ها / آموزش مجازی / تغییرات ژنتیکی از طریق خاموشی ژن‌ها

تغییرات ژنتیکی از طریق خاموشی ژن‌ها

درعلم ژنتیک، بیان ژن یکی از مهمترین مسائل بنیادی است که کمک میکند تا ژنوتیپ به صورت فنوتیپ ظاهر شود. درواقغ کدهای ژنتیکی که در رشته های دنا ذخیره شده اند به وسیله بیان ژن تفسیر میشوند و خصوصیات و نحوه بیان ژن باعث بوجود آمدن فنوتیپ در ارگانیسم خواهد شد.

تداخل ژنی یک وسیله مهم دفاعی در زیست شناسی مولکولی و به خصوص در ارگانیسم‌های رده پایین است که در آن قطعات مشخصی از رنا (RNA) دو رشته‌ای در بیان یک ژن خاص مداخله می‌کنند. تداخل رنا اخیرا به عنوان یک تکنیک آزمایشی موفق به منظور تعیین عملکرد ژن‌ها از طریق تخریب ژن‌ها در مدل‌های موجودات به کار رفته است.

تداخل رنا فرآیندی است که طی آن یک مولکول رنا دو رشته‌ای از بیان ژن معینی جلوگیری می‌کند. این ژن، ضرورتا از نظر توالی با رنا دو رشته‌ای همولوگ است. مهار بیان ژن، از طریق تجزیه رنا پیامرسان انجام می‌شود و به همین دلیل این فرآیند را نوعی مکانیسم خاموشی بعد از ترجمه ژن می‌نامند.

کشف تکان دهنده تداخل رنا، حاصل نتایج غیر منتظره از آزمایشاتی بود که توسط گیاه شناسان انجام شد. هدف از این آزمایشات تولید نوعی گل اطلسی بود که رنگ گلبرگ در آنها بهبود یافته شده باشد که کپی‌های اضافه‌تری از ژن کد کننده رنگ دانه به گیاه تزریق شد. ولی برخلاف انتظارات که می‌بایست ارغوانی یا قرمز تیره شود، همگی سفید شدند. اینجا بود که متوجه شدند که هر دو نوع ژن، یعنی ژن گیاه و ژن ارائه شده خاموش شده بودند. پس نتیجه گرفتند، احتمالا رنا ویروسی که به وسیله یک ژن خارجی در گیاه بیان شده است، می‌تواند به ژنوم ویروس حمله کند و از تکثیر آن جلوگیری نماید. در همین راستا آزمایشات معکوسی نیز انجام شد، که در آن‌ها، قطعات کوتاهی از ژن‌های گیاهان در ویروس‌های گیاهی قرار داده می‌شود. پس از عفونت گیاهان با این ویروس‌های دست کاری شده بیان ژن‌های گیاه خاموش می‌شود که این پدیده را خاموشی ژنی همراه با القای ویروسی (VIGS) نامیدند.۱

همچنین لازم به ذکر است در گیاهان بیان ژن رمز کننده آنزیم رنا پلیمراز وابسته به RDR1) RNA1) بر اثر آلودگی گیاه میزبان به ویروس تحریک شده و به نظر می‌رسد در مقاومت گیاه میزبان به بعضی از ویروس‌ها دخالت دارد. از آنجایی که که میزان بیان RDR در گیاهان آلوده بـه ویـروس افـزایش می‌یابد نتیجه گیری شد که RDR در تکثیر ویروس دخالت دارد. پس از این که مـشخص شـد ژنـوم ویـروس توسـط آنزیم رنا پلیمر از وابسته به رنا رمز شده توسط ژنوم خود ویروس همانند سازی می‌شود. که البته اشتباه بودن این نظریه ثابت شد.

 

در طی فرایند ترجمه tRNA ها با پروتئین مربوط به خود شارژ میشوند وسپس به درون ریبوزوم منتقل میشوند و با کودون مربوطه تطبیق پیدا میکنند و آمینو اسید خود را به زنچیره پروتئنی اضافه می کند.

 

برای دفاع عمومی گیاه به ویروس، سیگنال خاموشی از طریق پلاسمودسماها و آوندهای آبکشی در کل گیاه پراکنده می‌شود. ماهیت دقیق سیگنال خاموشی نـامعلوم اسـت ولـی احتمالا رناهای کوچک مداخله گر نقش مهم و اساسـی در آن دارند.

ژنوم ویروس و رنا های کوچک مداخله گر حاصل از ویروس، همزمان وارد سلول نواحی دورتر از شروع آلودگی می‌شوند که گیاهــان بــا اســتفاده از راهبردهــای مختلــف بــه ویروس‌ها مقاومت نشان می‌دهند. علاوه بر راهبرد مقاومت بر اساس خاموشی رنا یکی دیگر از این راهبردها پاسخ فوق حساسیت به ویروس است. در نتیجه سبب جلو گیری از آلودگی بیشتر می‌شوند. این پدیده معمولا به وسیله ژن غالب کنترل می‌شود. 

در مهندسی ژنتیک به منظور اصلاح گیاهان برای افزایش کمی و کیفی محصولات گیاهی و ایجاد مقاومت  به بیماری ها و آفات، از فناوری انتقال ژن های مطلوب استفاده می شود. در برخی موارد در فرایند انتقال  این ژن ها به گیاهان، پدیدۀ خاموشی ژن دیده می شود که ترانش ژن بیان نشده یکی  از علل این پدیده  است. این نوع خاموشی ژن به دو دسته تقسیم می شود که عبارتند از:

 

خاموشی ژن براثر موقعیت ترانس ژن

  هنگامی که یک نسخه از ترانس ژن به داخل ژن میزبان منتقل می شودممکن است نواحی اطراف ترانس ژن روی بیان آن اثر بگذارند و به عبارتی باعث خاموشی ترانس ژن شوند.  این نوع خاموشی قابل پیش بینی نیست، زیرا احتمالاً محل  قرارگیری ترانس ژن ها مانند نواحی هتروکروماتین، روی بیان این ژن ها اثر می گذارند. به این پدیده موقعیت ژن می گویند.

 خاموشی ژن براثر هومولوژی ترانس ژن ها

  اگر چندین نسخه از ژن وارد ژنوم میزبان شود ممکن است بر اساس هومولوژی و شباهت بین توالی ها، خاموشی  ژن رخ بدهد. این عمل به دو صورت امکان پذیر است:

  الف) هومولوژی کامل بین دو ترانس که منجر به تولید رنا دو رشته ای می شود. 

  ب) هومولوژی بخشی از ترانس ژن ها که در این حالت ممکن است برخی از ترانس ژن ها به صورت معکوس در ژنوم قرار گیرند. در این صورت هومولوژی بین آنها در مراحل بعدی باعث خاموشی ژن میشود.

 انواع خاموشی ژن بر اساس هومولوژی ترانس ژن ها
 خاموشی ژن بر اساس هومولوژی ترانس ژن ها به دو دسته تقسیم می شود:
الف )خاموشی ژن در مرحلۀ رونویسی

 خاموشی ژن در سطح مولکول دنا (DNA) که موجب کاهش تولید رنا و یا عدم تولید آن می شود، خاموشی ژن در مرحلۀ رونویسی نام دارد.  این پدیده به علت قرار گیری دنا در هسته، در این مکان صورت می گیرد. خاموشی ژن در مرحله رونویسی از راه متیلاسیون پروموتر ترانس ژن صورت میگیرد. این رخداد یک روند دفاعی ضد ویروس  است و باعث ایجاد نقص در فعالیت رونویسی می شود که گاهی به القاء جهش منجر میشود.

متیلاسیون دنا داخل ناحیه پروموتر توسط آنزیم  متیل دنا ترانسفراز و تغییر ساختار کروماتین می تواند از عوامل ایجاد خاموشی ژن در مرحلۀ رونویسی باشد. آنزیم های خاصی کروماتین را در محل های  مشخصی ، استیله، فسفریله و متیله می کنند. به این ترتیب قسمت های یو کروماتین به هترو کروماتین تبدیل می شود و آنزیم رنا پلیمراز نمی تواند آنرا تشخیص دهد.  متیلاسیون پروموتر ژن باعث غیر فعال شدن ژن و عدم رونویسی میگردد.   متیلاسیون دنا در نواحی خاصی از دنا که بیشتر شامل توالی های CG در پروموتر است، توسط آنزیم دنا متیل ترانسفراز صورت میگیرد.  در نتیجه رونویسی از ژن انجام نمی شود و ژن خاموش می شود. ژن های متیله شده غیر فعال می توانند با دمتیلاسیون دوباره فعال شوند.

 متیلاسیون در کروماتین و ایجاد شکل موضعی خاص که باعث عدم دسترسی رنا پلیمراز به دنا میشود.  متیلاسیون دنا در قسمت باز سیتوزین در دی نوکلئوئید CpG اتفاق می افتد (CpG یک دی نوکلئوئید از ۱۶ دی نوکلوئید است که سیتوزین در نزدیک گوانین در جهت ′۵ قرار دارد.این کار توسط آنزیم متیل ترانسفراز انجام  می گیرد و یک گروه متیل به محل ′۵ باز سیتوزین متصل می شود ). باید توجه شود که ممکن است CpG ها در درون توالی ژن متیله شده باشند ولی این حالت در خاموشی ژن بی اثر  است وتنها متیلاسیون CpG در پروموتر ژن ها باعث خاموشی ژن می شود.  محل متیلاسیون باز سیتوزین در دنا توسط آنزیم متیل ترانسفراز

 

ب) خاموشی پس از رونویسی ژن

   در این حالت رونویسی از روی ژن انجام می شود اما ممکن است که به دلایلی رونویسی ناقص باشد و  ترجمه نشود. این گونه خاموشی ژن اولین بار در گیاهان کشف و خاموشی پس از رونویسی ژن نامیده شد. خاموشی پس از رونویسی تأثیری بر میزان رونویسی ژن ندارد. این نوع خاموشی می تواند از طریق پلاسمودسماتا از سلولی  به سلول دیگر انتقال یافته و سیستمیک گردد.

 

منابع:

– قلی زاده فاطمه. خاموشی ژن‌ها و بیوتکنولوژی. تازه‌های بیوتکنولوژی سلولی مولکولی: زمستان ۱۳۹۰, دوره ۲, شماره ۵; از صفحه ۶۷ تا صفحه ۷۳.
– شمس بخش مسعود. افزایش مقاومت توتون به برخی ویروس‌های گیاهی با خاموشی ژن رمز کننده آنزیم آران اپلی مراز وابسته به RNA 1. بیماری‌های گیاهی: ۱۳۹۰, دوره ۴۷, شماره ۳ (پیاپی ۱۸۷); از صفحه ۲۳۹ تا صفحه ۲۴۸.
– نیکان جعفر, مک گیهی کارا, بار کر هیو. تحریک خاموشی ژن با استفاده از سازه با قابلیت ترانویسی از دو جهت. بیماری‌های گیاهی: زمستان ۱۳۸۹, دوره ۴۶, شماره ۴ (پیاپی ۱۸۴); از صفحه ۱۱۷ تا صفحه ۱۲۳.

درباره mojtaba shojaei

پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *