موضوع مقاله: مگس سرکه | مخاطب: عمومی | لحن: دانشنامه‌ای | ساختار: عنوان، مقدمه، 3 بخش، جمع‌بندی | مقاله: | # مگس سرکه | مقدمه: آرایه‌شناسی مگس سرکه، گونه‌ای از سردهٔ دروزوفیلا و از ردهٔ حشرات (راستهٔ آرایه‌شناسی دوبالان) در خانوادهٔ مگس‌های میوه است. | ## بخش 1: مگس سرکه | به‌کارگیری در آزمایش‌ها در آغاز با پیشنهاد کاربرد مگس سرکه به‌عنوان یک جاندار مدل از چارلز دابلیو وودوُرث، این گونه به‌طور گسترده‌ای در پژوهش‌های زیست‌شناسی، در مطالعات ژنتیک، فیزیولوژی، بیماری‌زایی میکروبی و فرگشت پیشینهٔ زندگی به‌کار برده شد. آن‌ها دودیسی جنسی را نشان می‌دهند: ماده‌ها نزدیک به ۲٫۵ میلی‌متر (۰٫۰۹۸ اینچ) طول دارند و نرها کمی کوچک‌تر با پشت تیره‌تر هستند. نرها به آسانی براساس تفاوت‌های رنگ، از ماده‌ها متمایز می‌شوند؛ همچنین با یک تکهٔ متمایز سیاه (کمتر دیده‌شده در مگس‌های نوظهور) در سطح شکمی (نگارهٔ ۱ را ببینید) و شانه‌های جنسی (ردیفی از موهای تیره بر روی قوزک نخستین پا). لاروها سفید رنگ و بندبند، بدون پا و زوائد بدنی و در ناحیهٔ سر، دارای قلاب‌های آرواره‌ای به رنگ سیاه هستند. تغذیه و رشد مگس سرکه، به بوی تخمیر و سرکه جلب می‌شود و مخمرهای عامل گندیدگی میوه‌ها را با خود بر روی میوه‌های گندیده یا رسیده حمل می‌کند و در آن‌جا کشت می‌دهد تا بستری برای تخم‌ریزی فراهم شود. مگس‌های کامل و لاروهای آن‌ها، در محیط‌های اسیدی و تخمیری زندگی می‌کنند و در محل تغذیه‌شان معمولاً میکروارگانیسم‌هایی مثل باکتری‌ها و قارچ‌ها نفوذ می‌کند و تکثیر می‌یابد.مگس کامل از ریسه‌های روی کمپوست تغذیه می‌کند، در داخل کمپوست تخم‌ریزی می‌نماید و پس از طی مراحل بالا، لارو را به‌وجود می‌آورد. لاروها شروع به تغذیه از ریسه‌های داخل کمپوست می‌کنند و اگر بر روی کمپوست قارچی وجود داشته باشد، از طریق پایه وارد کلاهک می‌شوند و کانال‌ها و دالان‌های فراوانی را در آن ایجاد خواهند کرد. بستگی به دمای پیرامون طول مراحل چرخهٔ زندگی مگس سرکه، تحت تأثیر دمای محیط، متغیر است؛ به‌طوری‌که در دمای ۲۰ درجهٔ سانتیگراد، متوسط دورهٔ تخم و لارو، ۸ روز است و در دمای ۲۵ درجه، این مدت به ۵ روز کاهش می‌یابد. در دمای ۳۰ درجهٔ سانتیگراد در اثر تنش دمایی، متوسط مدت زمان تخم تا جاندار بالغ، ۱۱ روز است؛ در دمای ۲۸ درجه، مدت زمان تکوین به ۷ روز کاهش می‌یابد (بهترین دما)؛ این در حالی است که چرخهٔ تکوین در دماهای ۲۵، ۱۸ و ۱۲ درجه -در تنش سرما- (به ترتیب) تا ۸٫۵ روز، ۱۹ روز و بیش از ۵۰ روز افزایش خواهد یافت.هرگاه دمای محیط از دمای بهینه (۲۵ تا ۲۸ درجهٔ سانتیگراد) پایین بیاید، قدرت تولیدمثل کم می‌شود؛ به‌گونه‌ای که سرانجام، در زیر ۱۶ درجهٔ سانتیگراد، باعث از بین رفتن مگس‌ها می‌گردد. ژنوتیپ ماده xx و ژنوتیپ نر xy است؛ پس تعیین جنسیت با هتروگامت، یعنی نر است (نگارهٔ ۳ را ببینید). نرخ بالای زادآوری: تعداد فرزندان در هر باروری، ۴۰۰ تا ۵۰۰ زاده (از ۸۰۰ تا ۲۰۰۰ تخم) است. نبود مشکلات اخلاقی: کار با یک حشره در آزمایش‌های ژنتیکی، با محدودیت اخلاقی مواجه نیست. دی‌ان‌ای دو رشته‌ای: داشتن دی‌ان‌ای دورشته‌ای در جاندار مورد آزمایش (همچون مگس سرکه)، از موضوعات دارای اهمیت است. کروموزوم پلی‌تن (ساختار کروموزومی غول‌پیکر): پلی‌تن در دورهٔ لاروی قابل استخراج است. امتیاز کروموزوم پلی‌تن این است که بررسی یک حذف یا یک جهش ژنی در آن، بسیار راحت‌تر است. هر جفت صفحهٔ روبه‌روی هم، تعیین‌کنندهٔ اندام ویژه‌ای مثل بال‌ها، پاها و هالترها هستند (نگارهٔ ۴ را ببینید).برهم‌کنش‌های یاخته‌ها بر تمایز یاخته‌ای اثر زیادی دارد. برای مثال، در مرحلهٔ گاسترولا، جابه‌جایی یاخته‌ها موجب درون‌برگشتگی رویان می‌شود و به دنبال آن، تعداد زیادی از یاخته‌ها به درون برگشتگی (نوتوکورد)، اکتودرم را برای تبدیل به عصب، القا می‌کنند. در جانداران پریاخته‌ای یاخته‌های بافت‌های متفاوت می‌توانند به حالت موزون همکاری کنند. یاخته‌ها می‌توانند برهم اثر بگذارند و این برهم‌کنش‌ها می‌تواند در فواصل نزدیک یا دور انجام شود. در بیشتر موارد، برهم‌کنش‌ها در فواصل نزدیک یا در نتیجهٔ تماس یاخته‌ها انجام می‌شوند. اهمیت ویژگی‌های بازشناسی سطح یاخته‌ها در برخی موارد و از جمله هنگام نمو دستگاه عصبی به‌خوبی مشخص می‌شود. در این هنگام میلیون‌ها نورون بایستی همتای مناسب خود را بیابند و با آن اتصال‌های سیناپسی را که برای جریان‌های عصبی پیچیده لازم است برقرار کنند.با وجود پژوهش‌های زیاد، ساختار شیمیایی مواد قابل انتشار که در القای جنینی دخالت دارند، هنوز به خوبی شناخته نشده است. القاکننده‌ها و تعیین‌کننده‌ها، نمونه‌هایی از این ترکیبات هستند.القاکننده‌ها ترکیبات پیچیده‌ای هستند که اغلب در مراحل ابتدایی نمو جنینی از لایه‌های سه‌گانهٔ اکتودرمی، مزودرمی و آندودرمی ترشح می‌شوند و موجب القای تشکیل اندام خاصی می‌گردند. برای مثال تشکیل لولهٔ عصبی از اکتودرم به وجود لایهٔ مزودرمی زیر آن نیاز دارد (تجربهٔ اسپمن) زیرا القاکننده‌ها از مزودرم به اکتودرم می‌رسند. | ## بخش 2: مگس سرکه | پیوند این صفحه‌ها به بدن جانور بالغ، موجب بروز اندامی که تعیین‌کنندهٔ آن نمی‌شود، اما اگر آن‌ها را به بدن لارو مگس سرکه، در محلی غیر از جایگاه اصلی پیوند بزنیم، اندام خاص خود را تولید خواهند کرد. این توانایی تا سال‌های طولانی در صفحه‌های زایا حفظ می‌شود (لایه‌های زایندهٔ جنینی -اکتودرم، مزودرم و آندودرم- حد واسط حالت پرتوان و یک‌توان هستند؛ پس می‌گوییم چندتوان هستند). تجربه‌های انجام شده نشان داده‌اند که اگر این صفحه‌های زایا را تا نسل‌های متوالی (۱۸۰۰ نسل، طی ۹ سال) به مگس سرکهٔ بالغ پیوند بزنیم و سپس آن‌ها را به لارو مگس سرکه پیوند کنیم، اندام ویژهٔ وابسته به خود را به وجود می‌آورند. سلول‌های تخصص‌یافته‌ای، تحت تأثیر رونویسی‌های پی‌درپیِ دی‌ان‌ای بدون تقسیم سلول (اندومیتوز)، یک کروموزوم غول‌آسای پلی‌تن را می‌سازند تا حجم سلول را افزایش دهند. ساختار کروموزوم‌های پلی‌تن، در هنگام چندین دور رونویسی پی‌درپیِ دی‌ان‌ای، کروماتیدهای خواهری زیادی را می‌سازد. کروموزوم‌های بزرگ شماره ۲ و ۳، متاسانتریک هستند (سانترومر در مرکز آن‌ها قرار دارد)؛ در نتیجه، هر یک دارای دو بازوی راست و چپ هستند. کروموزوم‌های ۴ و ایکس، بازویی ندارند؛ چرا که تلوسانتریک هستند (سانترومر آن‌ها در انتهای کروموزوم قرار دارد). ساختار کروموزوم پلی‌تن، هم در مگس سرکهٔ نر و هم در ماده وجود دارد، ولی در جنس ماده، کروموزوم Y وجود ندارد (نگارهٔ ۳ را ببینید). بررسی‌های گوناگونی، این فاصله را در کروموزوم‌های دیگر (مانند L3) نیز نشان داده‌اند (نگارهٔ ۵ را ببینید). در مگس سرکه حدود ۲۰ ژن دارای هومیوباکس وجود دارد که حدود ۱۵تای آن‌ها بررسی شده‌اند و مشخص شده است که تمامی آن‌ها قطعه‌بندی مگس سرکه را کنترل می‌کنند. تمام ژن‌های هومیوباکس مگس سرکه جز یکی از آن‌ها که در یاخته‌های خلفی قرار دارد و در ایجاد قطبیت پشتی-شکمی جنین مؤثر است، در دو مجموعهٔ مجزا به نام «Ant–C» و «Bx-C»، مجاور هم و بر روی بازوی راست کروموزوم ۳ قرار دارند (نگارهٔ ۶ را ببینید). برخی ژن‌های دارای هومیوباکس نیز در قسمت‌های دوردست ژنوم و در نواحی دیگری از آن (جز محل ۲ مجموعه) مشاهده شده است. همانندی با ژنوم انسان حدود ۷۵ درصد از ژن‌های شناخته شدهٔ بیماری‌های انسانی، یک همتای قابل تشخیص در ژنوم مگس‌های میوه دارد و ۵۰ درصد از توالی‌های پروتئینی مگس، همولوگ‌های پستانداری دارد. مگس سرکه، به‌عنوان یک مدل ژنتیکی برای بیماری‌های مختلف انسانی، شامل بیماری پارکینسون، هانتینگتون، عدم تعادل مخچه‌ای (SCA) و بیماری الزایمر استفاده می‌شود. مگس سرکه، همچنین برای مطالعهٔ سازوکارهای پیری اساسی و استرس اکسیداتیو، ایمنی، دیابت و سرطان، به‌علاوهٔ سوءمصرف‌های دارویی مورد استفاده قرار گرفته است. سازوکار مولکولی تمایززایی در بیشتر پروکاریوت‌ها، دی‌ان‌ای در اثر متیلاسیون در موقعیت ۵ سیتوزین، تغییراتی پیدا می‌کند. تصور می‌شود که گروه‌های متیل موجود در شیار بزرگ دی‌ان‌ای می‌توانند بیان ژن‌ها را با افزایش و کاهش میل ترکیبی دی‌ان‌ای با پروتئین‌های تنظیمی مهارکننده یا فعال‌کننده، تنظیم کنند.در طول فاز S، هنگامی که چنگال همانندسازی دی‌ان‌ای از میان دی‌نوکلئوتید ۳َـCPGـ۵َ می‌گذرد، هر یک از مارپیچ‌های دختر به‌طور موقت نیمه‌متیله هستند (تنها رشتهٔ قدیمی متیله است). اگر هیچ راهی برای ترمیم این گروه متیله وجود نداشته باشد، به سرعت و طی زایش‌های بعدی، گروه متیله در جمعیت کاهش می‌یابد، اما متیلاسیون به ارث می‌رسد. به نظر می‌رسد که یاختهٔ دارای یک آنزیم متیلاز دائمی، در یاخته‌های یوکاریوتی وجود دارد و نیز متیلاسیون توانایی تنظیم فعالیت ژنی را دارد، می‌توان نتیجه‌گیری کرد که متیلاسیون در دی‌نوکلئوتید ۳َـCPGـ۵َ، راهی برای پایداری حالت تمایز در یوکاریوت‌ها است. اگر دی‌ان‌ای ژنومی در یاخته‌های جنسی یا در برخی از یاخته‌های بسیار ابتدایی جنینی به‌طور خودبه‌خود به نوعی متیلاسیون برای جلوگیری از تمایز دست می‌یابد، پس متیلاسیون و دِمتیلاسیون در جایگاه‌های خاصی از کروموزوم می‌تواند در بیان برنامه‌ریزی شدهٔ ژن‌ها در طول تکوین نقشی ایفا نماید. مسئلهٔ اصلی در این مورد این است که متیلاسیون با دِمتیلاسیون، خود چگونه تنظیم می‌گردد. همهٔ متیلازهای دائمی یوکاریوتی که تاکنون شناخته شده‌اند، در فعالیت خود، غیراختصاصی عمل می‌کنند. پذیرفته شده که عوامل دیگری مانند پروتئین‌های تنظیم‌کننده که اتصال‌های اختصاصی دارند یا تغییر ساختاری کروماتین، برای در دسترس قراردادن سیتوزین‌ها عمل می‌کنند. تعیین جنسیت با مشاهدهٔ ویژگی‌های ظاهری مگس زیر میکروسکوپ نوری، می‌توان به جنسیت آن پی برد. | ## بخش 3: مگس سرکه | * جنس نر: کوچک‌تر، تیره‌تر (این ویژگی، خیلی تشخیصی نیست؛ یعنی همیشه نمی‌توان بر پایهٔ رنگ بدن به آسانی نر و ماده را متمایز کرد)، دارای نوار تیرهٔ پهن در بند انتهایی بدن، دارای انتهای بدن بیضی‌شکل، دارای شکم ۵بندی و دارای نقطه‌ای سیاه در پدیپالپ، (که شانهٔ جنسی نام دارد) است.* جنس ماده: بزرگ‌تر، روشن‌تر، دارای نوار تیرهٔ انتهایی نازک‌تر، دارای انتهای بدن نوک‌تیز و نیزه‌مانند، دارای شکم ۷بندی و فاقد شانهٔ جنسی است. انواع گوناگونی از اثرات جهش ژنتیکی در این حشره شناسایی شده است و برای آزمایش‌های ژنتیکی، به‌طور تکی (مونوهیبریدیسم) یا دوتایی و به‌صورت هم‌زمان (دی‌هیبریدیسم) مورد استفاده قرار می‌گیرد؛ از جمله: دگرگونی بال‌ها: [بسیار] بال‌کوتاه (Vestigial): برای این‌که صفت بال‌کوتاهی در مگس سرکه دیده شود، باید هر دو آلل ژن کدکنندهٔ صفت طول بال، جهش‌یافته (mutant) باشد؛ یعنی ژنوتیپ aa داشته باشد. مگس vestigial (بال‌کوتاه)، معمولاً نمی‌تواند پرواز کند و انتخاب طبیعی، آن را از محیط حذف می‌کند (بخش «نگارخانه» را ببینید). از آن‌جا که این جهش‌یافته‌ها به سن تولیدمثل نمی‌رسند و نمی‌توانند ژن خود را به نسل بعد منتقل کنند، انتظار می‌رود که ژنوتیپ والدین، هتروزیگوت یا حامل (Aa or carrier) باشد. دگرگونی رنگ بدن: ۱) بدن سیاه براق (Ebony): رنگ بدن مگس ebony در مقایسه با تیپ وحشی، بسیار تیره‌تر و چشم‌ها به رنگ قهوه‌ای است و جوان‌ترها دارای بدنی روشن‌تر از مسن‌ها هستند. باید توجه داشت که در برخی موارد، فقط هاله‌ای تیره در سطح پشتی بدن و از ناحیهٔ اتصال سر به سینه تا انتهای بدن وجود دارد که این مگس‌ها نیز ebony محسوب می‌شوند. وجه تمایز yellow این است که در این نوع جهش‌یافته، بندهای بدن به صورت فراگمنت (تکه‌تکه) و مشخص وجود ندارد؛ خطوط تیره به فرم خیلی کمرنگ دیده می‌شود و به خوبی قابل تمایز از نوع وحشی است (بخش «نگارخانه» را ببینید). دگرگونی رنگ چشم (Eye color changes): رنگ چشم مگس سرکهٔ وحشی، قرمز است؛ اما در اثر جهش در ژن تعیین‌کنندهٔ رنگ چشم مگس، ممکن است چشم‌ها به رنگ سفید، خاکستری، اسکارلت (قرمز شفاف)، قهوه‌ای و… درآید (بخش «نگارخانه» را ببینید). ۲) چشم سفید (White): در این نوع جهش‌یافته‌ها، ژن هیچ‌یک از دو رنگ بیان نمی‌شود؛ در واقع، هیچ رنگدانه‌ای در چشم این جهش‌یافته‌ها نیست. گاهی ممکن است در مگس‌هایی با بدن تیره (مثل ebony)، چشم‌ها به رنگ بدن دیده شود یا به‌دلیل تیره بودن بدن، درست مشاهده نشود. برخی از هسته‌ها در نهمین تقسیم هسته‌ای، به طرف ناحیهٔ عقبی مهاجرت می‌کنند و توسط پلاسم قطبی (Pole plasm) احاطه می‌شوند. اگر هسته‌های سلول قطبی، توسط پلاسم قطبی احاطه نشود، سلول‌های زاینده به وجود نمی‌آیند. این mRNA در داخل تخمک، عقبی‌ترین ناحیهٔ آن منتقل می‌گردد؛ این ناحیه، به پلاسم قطبی تبدیل می‌شود. تصور می‌شود که پروتئین حاصله از ژن gcl، وارد هسته شده و برای ایجاد سلول قطبی نیز ضروری است. در تخمک‌های طبیعی حشرات، rRNAهای میتوکندریایی کوچک و بزرگ در بیرون میتوکندری و فقط در پلاسم قطبی جنین‌ها در مرحلهٔ تسهیم وجود دارد که به‌صورت دانه‌های قطبی دیده می‌شود. عمل این ترکیب معلوم نیست؛ ولی در حشرات ترانس‌ژنی که فاقد این ترکیب هستند، سلول‌های زایندهٔ بدوی، قادر به مهاجرت به غدد جنسی نیستند.طی جنین‌زایی مگس سرکه، سلول‌های زایندهٔ بدوی، از قطب عقبی به غدد جنسی مهاجرت می‌کنند. اولین مرحله از این مهاجرت، به صورت غیرفعال است و طی آن ۳۰ تا ۴۰ سلول توسط حرکات گاسترولاسیون به لولهٔ گوارش عقبی جابه‌جا می‌شوند. در دومین مرحله، اندودرم لولهٔ گوارشی باعث شروع حرکت آمیبی در سلول‌های جنسی بدوی می‌شود که از طریق انتهای کور بخش عقبی لولهٔ گوارش میانی، به مزودرم جداری مهاجرت می‌کنند. در سومین مرحله، سلول‌های زایندهٔ بدوی به دو گروه تقسیم می‌شوند و هر یک از آن‌ها در رابطه با جوانهٔ غدد جنسی در حال رشد قرار می‌گیرند. به نظر می‌رسد که محصول ژن وونن (Wunen) مسئول هدایت مهاجرت سلول‌های زایندهٔ بدوی از اندودرم به مزودرم است. در آخرین مرحله، غدد جنسی در اطراف سلول‌های زایندهٔ بدوی قرار می‌گیرند و به سلول‌های زاینده اجازهٔ تقسیم می‌دهند و گامت‌ها بالغ می‌شوند. به‌عنوان آفت مگس سرکه، معمولاً به دلیل گرایشش به تهاجم به منازل و ابنیه‌ای که در آن‌ها میوه یافت می‌شود، یک آفت کشاورزی در نظر گرفته می‌شود. | ## جمع‌بندی | از بین بردن یک تهاجم، می‌تواند دشوار باشد؛ حتی زمانی که جمعیت بزرگسال (بالغ) هم نابود شده باشد، به‌عنوان یک لارو، می‌تواند در میوهٔ مجاور، به بیرون آمدن از تخم ادامه دهد.