If you're seeing this message, it means we're having trouble loading external resources on our website.

Եթե գտնվում ես վեբ զտիչի հետևում, խնդրում ենք համոզվել, որ *.kastatic.org և *.kasandbox.org տիրույթները հանված են արգելափակումից։

Հիմնական նյութ

Միտոքոնդրիումային և քլորոպլաստային ԴՆԹ-ի ժառանգում

Միտոքոնդրիալ և քլորոպլաստային ԴՆԹ, և ինչու դրանց ժառանգումը չի հետևում Մենդելյան օրենքներին։

Ներածություն

Եթե քեզ հարցնեին՝ որոնք են ԴՆԹ պարունակող օրգանոիդները, ապա ի՞նչ կպատասխանեիր։ Եթե ասեիր կորիզ, ապա պատասխանդ միանշանակ ճիշտ կլիներ, բայց բջիջների հիմնական մասում կորիզը ԴՆԹ-ի միակ աղբյուրը չէ։
Կենդանիների և բույսերի հիմնական մասի բջիջների միտոքոնդրիումներում, ինչպես նաև բույսերի քլորոպլաստներում ևս հայտնաբերվել է ԴՆԹ։ Այս հոդվածում կուսումնասիրենք՝ ինչպես է ժառանգվում միտոքոնդրիումների և քլորոպլաստների կազմում առկա ԴՆԹ-ն։

Միտոքոնդրիումների և քլորոպլաստների կազմում առկա ԴՆԹ-ն

Միտոքոնդրիումների և քլորոպլաստների կազմում առկա ԴՆԹ-ի մոլեկուլները փոքր են և օղակաձև՝ տիպիկ բակտերիայի ԴՆԹ-ի նման։ Մեկ միտոքոնդրիումում կամ քլորոպլաստում սովորաբար ԴՆԹ-ի մեծաքանակ պատճեններ կան։
Նկարի աղբյուրը՝ "Mitochondrial DNA," NIH Talking Glossary of Genetic Terms, NHGRI (public domain).
Միտոքոնդրիումների, քլորոպլաստների և բակտերիաների կազմում առկա ԴՆԹ-ի մոլեկուլների միջև նմանությունները կարևոր ապացույցներ են, որոնք հաստատում են էնդոսիմբիոտիկ տեսությունը։ Վերջինս առաջարկում է, որ միտոքոնդրիումներն ու քլորոպլաստները ծագել են ազատ ապրող նախակորիզավոր բջիջներից։

Ինչպե՞ս է ժառանգվում ոչ կորիզային ԴՆԹ-ն

Ստորև ներկայացված են միտոքոնդրիումներում, քլորոպլաստներում և կորիզում հայտնաբերված ԴՆԹ-ի տարբերությունները․
  • Պատճենների մեծ քանակ։ Միտոքոնդրիումներում կամ քլորոպլաստներում առկա են ԴՆԹ-ի բազմակի պատճեններ և տիպիկ բջիջը պարունակում է բազում միտոքոնդրիումներ (բույսերի պարագայում նաև քլորոպլաստներ)։ Արդյունքում բջիջները սովորաբար պարունակում են միտոքոնդրիումների և քլորոպլաստների ԴՆԹ-ի շատ՝ հաճախ հազարավոր պատճեններ։
  • Պատահական բաշխում։ Միտոքոնդրիումներն ու քլորոպլաստները (և դրանց կրած գեները) միտոզի և մեյոզի ժամանակ բաշխվում են պատահականորեն։ Երբ բջիջը բաժանվում է, այն օրգանոիդները, որոնք հայտնվում են բաժանման առանցքի կամ բջջի թիթեղիկիների հակառակ կողմերում կտեղակայվեն տարբեր դուստր բջիջներում3։
  • մի ծնողից ժառանգում։ Ոչ կորիզային ԴՆԹ-ն հաճախ ժառանգվում է մի ծնողից, ինչը նշանակում է, որ ժառանգը միտոքոնդրիալ և քլորոպլաստի ԴՆԹ-ն ստանում է կա՛մ մորից, կա՛մ հորից4։ Օրինակ՝ մարդկանց դեպքում երեխաները միտոքոնդրիումների ԴՆԹ-ն ստանում են իրենց մայրիկից (հայրիկից միտոքոնդրիումներ և դրանցում առկա ԴՆԹ չեն ստանում)։

Քլորոպլաստների ժառանգումը․ վաղ շրջանի փորձեր

20-րդ դարի անցման շրջանում, գերմանացի բուսաբան Կառլ Կորենսը իրականացրեց մի շարք գենետիկական փորձեր՝ օգտագործելով գիշերածաղիկ (Mirabilis jalapa) բույսը։ Այժմ մենք գիտենք, որ այդ աշխատությունում ներկայացված էր՝ ինչպես է քրոմոսոմի ԴՆԹ-ն փոխանցվում մի բջջից մյուսին և ծնողից իր սերունդներին, չնայած որ ինքը՝ Կորենսը այդ ժամանակ, այդ մասին դեռ չգիտեր5։

Կորենսի փորձերը

Գիշերածաղկի այն տեսակը, որի հետ աշխատում էր Կորենսը , ուներ 3 տիպեր․ ամբողջովին կանաչ, ամբողջովին սպիտակ կամ բազմերանգ (կանաչ և սպիտակ գույների խառնուրդ)։ Բազմերանգ բույսերը կարող են ունենալ կանաչ և սպիտակ ճյուղեր, բայց կանաչ և սպիտակ բույսերը բազմերանգ ճյուղեր ունենալ չեն կարող6։
Կորենսին հետաքրքրում էր գունավորման այս հատկանիշը։ Տարբեր գույներ ունեցող բույսերի միջև նա իրականացրեց բազմաթիվ խաչասերումներ, ինչի արդյունքում հայտնաբերեց, որ6
  • Սերնդի գունավորումը պայմանավորված է ձվաբջիջ տրամադրող (էգ բույս) բույսի գունավորմամբ։
  • Այն էգ բույսերը, որոնք ամբողջապես կանաչ կամ սպիտակ էին առաջացրեցին համապատասխանաբար ամբողջապես կանաչ կամ սպիտակ ժառանգներ։
  • Այն էգ բույսերը, որոնք բազմերանգ են, կարող են առաջացնել բոլոր երեք տիպի բույսեր, բայց ոչ կանխատեսելի հարաբերություններով։
Կորենսը ենթադրեց, որ ձվաբջջի ցիտոպլազմայում առկա որոշ գործոններ պետք է պայմանավորեն սերնդի առանձնյակների գունավորումը։ Իրականում մեկ այլ՝ գերմանացի բուսաբան Էրվին Բաուրը առաջարկեց, որ ժառանգական այդ գործոնները (գեները) քլորոպլաստներում են5։
Բաուրը մտածեց, որ բազմերանգ բույսերում, քլորոպլաստների մի մասը պետք է կրեր մուտացիաներ, որոնք թույլ չէին տալիս այդ բույսերին կանաչ գունավորում ստանալ (արտադրել գունակ)։ Այժմ մենք գիտենք, որ այս վարկածը ամբողջապես ճիշտ էր։

Կորենսի արդյունքների բացատրություն

Ինչպե՞ս կարող է քլորոպլաստների ժառանգման վարկածը բացատրել բույսերի բազմերանգությունը։ Արի ուսումնասիրենք այն զիգոտը (մեկբջջանի սաղմ), որը պարունակում է ձվաբջջից ժառանգած քլորոպլաստների խառնուրդ։ Քլորոպլաստների մի մասը կանաչ է, իսկ մյուսները՝ սպիտակ։ Զիգոտում միտոզի մի քանի փուլերի իրականացման արդյունքում ձևավորվում է սաղմը, այնուհետև՝ բույսը, իսկ քլորոպլաստներ յուրաքանչյուր բաժանման արդյունքում ևս բաժանվում և պատահական սկզբունքով բաշխվում են դուստր բջիջներում։
Տրամագրի աղբյուր՝ Griffiths et al7-ում առկա տրամագիր։
Բջջի մի շարք բաժանումների արդյունքում, որոշ բույսերում կհայտնվեն նորմալ քլորոպլաստներ՝ առաջացնելով բույսի կանաչ հատվածները։ Իսկ բջիջների մի մասն էլ կստար չգործող քլորոպլաստներ, որոնք կառաջացնեին սպիտակ հատվածներ։ Բջիջների մյուս մասն էլ կունենան նորմալ և չգործող քլորոպլաստների խառնուրդ՝ առաջացնելով կանաչ հատվածներ, որոնք կառաջացնել կա՛մ ամբողջապես կանաչ, կա՛մ ամբողջապես սպիտակ հատվածներ7։
Իսկ ի՞նչ կասես մայրական գծով ժառանգման օրինաչափությունների մասին։ Բույսերը իրենց զարգացման ուշ շրջանում առաջացնում են ցողունային բջիջներ՝ բույսի ճյուղերում գտնվող բջիջները վերածելով գամետ արտադրող բջիջների։ Այն ճյուղերը, որոնք ունեն ամբողջապես կանաչ գունավորում կառաջացնեն կանաչ քլորոպլաստներ պարունակող գամետներ, որոնք էլ բեղմնավորվելով կառաջացնեն ամբողջապես կանաչ բույսեր։ Նույն տրամաբանությամբ այն բույսը, որը ամբողջապես սպիտակ է կառաջացնի ձվաբջիջներ, որոնք պարունակում են միայն սպիտակ քլորոպլաստներ։ Այդ ձվաբջիջների բեղմնավորման արդյունքում էլ կառաջանան սպիտակ գունավորում ունեցող բույսեր։
Եթե բույսը բազմերանգ է, ապա այն պարունակում է բջիջների խառնուրդ, որոնց մի մասը կրում է գործող քլորոպլաստներ, իսկ մյուս մասը՝ չգործող քլորոպլաստներ, ինչի արդյունքում ստացվում է ոլորոպլաստների խառնուրդ։ Այս բջիջների բոլոր 3 տիպերից կարող են առաջանալ ձվաբջիջներ՝ սերնդում հանգեցնելով կանաչ, սպիտակ և բազմերանգ բույսերի առաջացման՝ ոչ կանխատեսելի հարաբերությամբ6,7։
Տրամագրի աղբյուր՝ Griffiths et al7-ում առկա տրամագիր։

Միտոքոնդրիումային ժառանգում

Միտոքոնդրիումները, քլորոպլաստների նման, սովորաբար ժառանգվում են միայն մեկ ծնողից (կամ գոնե՝ հավասարապես երկու ծնողներից)4։ Մարդկանց դեպքում զիգոտին (կամ միաբջիջ սաղմին) միտոքոնդրիումներ է տրամադրում մայրը՝ ձվաբջջի ցիտոպլազմայով։ Սերմնաբջիջները ևս պարունակում են միտոքոնդրիումներ, բայց դրանք սովորաբար զիգոտին չեն փոխանցվում։ Շատ հազվագյուտ, բայց գրանցվել է նաև միտոքոնդրիումների հայրական գծով ժառանգման դեպք8։

Մարդկանց շրջանում միտոքոնդրիումների մայրական գխով ժառանգումը

Եվ քանի որ միտոքոնդրիումները ժառանգվում են մարդու մորից, մայրական գծով նախնիների ուսումնասիրման եղանակ են (իգական նախնիներից եկող ժառանգման անխափան շղթա)։
Որպեսզի հասկանաս, թե ինչպես են միտոքոնդրիումները կապում քեզ մայրիկիդ, տատիկիդ և տատիկիդ մայրիկի հետ, պետք է հասկանաս, թե ումից ես ժառանգել միտոքոնդրիումներդ։ Դրանք ստացել ես մայրիկիցդ՝ նրա ձվաբջջից։ Իսկ որտեղի՞ք է մայրիկդ ստացել իր միտոքոնդրիումները։ Նա էլ ստացել է դրանք իր մայրիկից, այսինքն՝ քո տատիկից9։
Եթե շարունակես տալ այս հարցը, կարող ես քո տոհմածառի իգական գծով վերադառնալ դեպի հեռավոր անցյալ և բացահայտել միտոքոնդրիումներում առկա ԴՆԹ-ի փոխանցման ճանապարհը։
_Նկարի աղբյուր՝ "Mitochondrial DNA vs. nuclear DNA," ըստ University of California Museum of Paleontology (CC BY-SA 3.0)._
Ինչպես ցուցադրված է վերոբերյալ տրամագրում, միտոքոնդրիումների ԴՆԹ-ի ժառանգումը տարբերվում է կորիզային ԴՆԹ-ի ժառանգման եղանակից։ Մարդու կորիզային ԴՆԹ-ն տարբեր նախնիներից ժառանգված ԴՆԹ-ի հատվածների <<կարկատան>> է, մինչդեռ միտոքոնդրիումների ԴՆԹ-ն ժառանգվում է իգական նախնիներից որպես մեկ ամբողջական, անբաժանելի շղթա9,10։

Միտոքոնդրիալ մուտացիաներն ու մարդկանց հիվանդությունները

Միտոքոնդրիալ ԴՆԹ-ում մուտացիաները կարող են հանգեցնել մարդու գենետիկական խանգարումների առաջացման։ Օրինակ՝ միտոքոնդրիալ ԴՆԹ-ում գեների մեծամսշտաբ դելեցիաներըկարող են հանգեցնել Կիրնս-սայրեի համախտանիշի առաջացման։Այս դելեցիաները թույլ չեն տալիս, որպեսզի միտոքոնդրիումները իրականացնեն էներգիա սինթեզելու իրենց գործառույթը։ Կիրնս-սայրեի համախտանիշը կարող է հանգեցնել այնպիսի ախտանշանների առաջացման ինչպիսին են՝ մկանային թուլություն՝ այդ թվում նաև կոպերի և աչքի շարժումն ապահովող մկանների թուլություն, այդ թվում նաև ցանցաթաղանթի դեգենարացիայի և սրտի հիվանդությունների11,12։
Միտոքոնդրիումների ԴՆԹ-ի մուտացիաներով պայմանավորված գենետիկական խանգարումները հորից երեխաներին չեն կարող փոխանցվել, քանի որ միտոքոնդրիումները երեխաներին փոխանցում է միայն մայրը։ Այսինքն՝ դրանք փոխանցվում են մորից երեխաներին հետևյալ եղանակներից մեկով13
  • Միտոքոնդրիումների ԴՆԹ-ի մուտացիաներով պայմանավորված հիվանդություն ունեցող մարդու միտոքոնդրիումներ կարող են նորմալ չլինել (և ունենալ միայն ոչ նորմալ, մուտացիա կրող միտոքոնդրիումներ)։ Այս պարագայում, հիվանդություն ունեցող մայրը կփոխանցի իր մուտացիա կրող միտոքոնդրիումները իր երեխաներին։
  • Միտոքոնդրիումների ԴՆԹ-ով պայմանավորված խանգարումները կարող են առաջանալ, եթե մարդը իր օրգանիզմում պարունակում է նորմալ և ոչ նորմալ միտոքոնդրիումների խառնուրդ։ Այս պարագայում նորմալ և մուտացիա ունեցող միտոքոնդրիումները կարող են պատահականության սկզբունքով մեյոզի ժամանակ անցնել ձվաբջիջներ։ Այն երեխաները, որոնք կստանան մուտանտ միտոքոնդրիումների մեծ քանակ, կարող են ունենալ ծանր հիվանդություններ, իսկ ավելի քիչ մուտանտ միտոքոնդրիումներ ունեցող մարդիկ կարող են ունենալ թեթև հիվանդություններ կամ էլ առհասարակ որևէ հիվանդություն չունենալ13։
Նկարի աղբյուր՝ "Mitochondrial," ըստ the National Institutes of Health (public domain).

Ուզո՞ւմ ես միանալ խոսակցությանը։

Առայժմ հրապարակումներ չկան։
Անգլերեն հասկանո՞ւմ ես: Սեղմիր այստեղ և ավելի շատ քննարկումներ կգտնես «Քան» ակադեմիայի անգլերեն կայքում: