جين نووي

الجين النووي هو جين يقع تسلسل حمضه النووي داخل نواة الخلية في الكائنات حقيقية النوى. وتميز هذه الجينات عن الجينات خارج النواة، مثل تلك الموجودة في جينومات الميتوكوندريا والبلاستيدات الخضراء، والتي توجد خارج النواة في حمضها النووي الخاص بالأُعضيات. تنسخ الجينات النووية غالبية البروتينات والحمض النووي الريبي الوظيفي اللازم للعمليات الخلوية، بما في ذلك التطور، والتمثيل الغذائي، والتنظيم.

وعلى عكس الجينومات الصغيرة والدائرية للميتوكوندريا والبلاستيدات، تنظَم الجينات النووية في كروموسومات خطية وعادة ما تورث بطريقة مندلية، وفقًا لقوانين الانفصال والتوزيع المستقل. أما الجينات خارج النواة فعادة ما تظهر وراثة غير مندلية، مثل الوراثة الأمومية في الحمض النووي للميتوكوندريا.

ورغم أن الغالبية العظمى من جينات حقيقيات النوى نووية، تبقى هناك استثناءات في بعض الطلائعيات والطحالب، حيث هاجرت بعض الجينات من الأُعضيات إلى النواة على مدى الزمن التطوري من خلال انتقال الجينات عبر التعايش الداخلي. تعد دراسة الجينات النووية أساسية في علم الوراثة، وعلم الأحياء الجزيئي، والهندسة الوراثية، حيث تلعب دورًا مركزيًا فيها.

 التاريخ 
ترجع دراسة الجينات النووية إلى اكتشاف النواة في القرن التاسع عشر، لكن الأصل التطوري للجينات النووية أصبح أكثر وضوحًا مع التقدم في علم الأحياء الجزيئي. اقترحت أعمال مبكرة قامت بها لين مارغوليس في ستينيات القرن العشرين أن الميتوكوندريا انحدرت من بكتيريا حرة المعيشة تم ابتلاعها بواسطة خلية مضيفة، وهي عملية تعرف باسم التعايش الداخلي (endosymbiosis). وتفسر هذه النظرية عملية تعرف بانتقال الجينات عبر التعايش الداخلي، وهي الكيفية التي انتقلت بها العديد من الجينات من هذه المتعايشات إلى جينوم النواة المضيفة بمرور الوقت.

وكشفت أبحاث لاحقة أن للجينات النووية أصولًا فسيفسائية، ما يعني أن بعض الجينات النووية تنحدر من الميتوكوندريا أو الأسلاف البكتيرية، في حين تعود أخرى إلى مضيف أركيائي أو نشأت كابتكارات حقيقية النوى. وقد عزز نظام المجالات الثلاثة لكارل ووز (Carl Woese) المكتوب عام 1977 هذا الرأي، بإظهاره للعلاقات التطورية العميقة بين حقيقيات النوى والأركيا. واليوم، يفهم أن الجينات النووية تشكل مزيجًا من عناصر أركيائية وبكتيرية، وأخرى فريدة لحقيقيات النوى، ما يعكس التاريخ المعقد للخلية الحقيقية النواة.

 الوظيفة والأهمية 
تلعب الجينات النووية دورًا محوريًا في جميع جوانب بيولوجيا حقيقيات النوى تقريبًا، حيث تنسخ غالبية البروتينات والحمض النووي الريبي التنظيمي اللازم للوظيفة الخلوية. وعلى عكس الجينات العضوية (مثل الحمض النووي للميتوكوندريا أو البلاستيدات)، والتي تقتصر على عدد قليل من العمليات الأيضية والمتعلقة بالطاقة، فإن الجينات النووية تتحكم في التطور، والنمو، والتكاثر، والتوازن الداخلي. تنسخ هذه الجينات في النواة وغالبًا ما تترجم في السيتوبلازم، حيث توجه منتجاتها إلى أعضيات مختلفة، بما في ذلك الميتوكوندريا والبلاستيدات، عبر تسلسلات إشارات متخصصة.Alberts B (2022). "The Structure and Function of Nuclear Genes". Molecular Biology of the Cell (7th ed.). Garland Science. ISBN 978-0-8153-4534-1.

تنطوي تنظيمات الجينات النووية على درجة بالغة من التعقيد، تشمل آليات مثل عوامل النسخ، والتعديلات اللاجينية، والحمض النووي الريبي غير المشفر. وهذا يسمح بتحكم دقيق في التعبير الجيني استجابةً للإشارات البيئية، أو الإجهاد الخلوي، أو المراحل التطورية.Lodish H (2021). "Gene Expression in the Nucleus". Molecular Cell Biology (8th ed.). W.H. Freeman. ISBN 978-1-319-20863-8.

فعلى سبيل المثال، تنظم جينات الهوميو بوكس—وهي فئة حاسمة من الجينات النووية—خطة الجسم التطورية في الحيوانات، بينما تنظم الجينات النووية المنسوخة للتمثيل الضوئي في النباتات وظيفة البلاستيدات الخضراء.Watson JD (2014). "Gene Regulation". Molecular Biology of the Gene (7th ed.). Pearson. ISBN 978-0-321-76243-6.

تعد الجينات النووية أيضًا ذات أهمية بالغة في الطب والهندسة الوراثية. فطفرات هذه الجينات ترتبط بآلاف الاضطرابات الوراثية، بما في ذلك السرطانات، والمتلازمات الأيضية، والأمراض التنكسية العصبية.

بالإضافة إلى ذلك، تعد الجينات النووية الأهداف الأساسية للهندسة الوراثية—فأدوات تعديل الجينات مثل كريسبر-كاس9 وتقنيات التحرير الأخرى تستهدف الحمض النووي النووي لتقصي وظائف الجينات أو تطوير العلاجات.

وأخيرًا، توفر الجينات النووية رؤى رئيسية في علم الأحياء التطوري. إذ تساعد الجينومات المقارنة للحمض النووي بين الأنواع المختلفة في تتبع العلاقات التطورية، بينما يظهر انتقال الجينات عبر التعايش الداخلي—أي هجرة الجينات من الأُعضيات إلى النواة—كيف تطورت خلايا حقيقيات النوى.

وهكذا، فإن الجينات النووية لا غنى عنها لبقاء الكائنات الحية، كما أنها تشكل حجر الزاوية في أبحاث علم الوراثة والابتكار في التكنولوجيا الحيوية.

 نظرية التعايش الداخلي 
تطورت الميتوكوندريا والبلاستيدات من كائنات بدائية حرة المعيشة إلى أعضيات سيتوبلازمية حالية من خلال نظرية التعايش الداخلي.Timms RJ, Nyati MK, Hua KW, Gray MW (February 2024). "Endosymbiotic gene transfer: organelle genomes forge eukaryotic chromosomes". Nature Reviews Genetics. 8 (2): 123–135. doi:10.1038/nrg1217. PMID 14715242.

تعد الميتوكوندريا ضرورية لوجود الحياة في حقيقيات النوى. ويطلق عليها محطات توليد الطاقة في الخلية لأنها توفر غالبية الطاقة أو ATP التي تحتاجها الخلية. يتم تكرار الجينوم الميتوكوندري (mtDNA) بشكل مستقل عن الجينوم النووي. يشفّر الحمض النووي الميتوكوندري البشري 13 بروتينًا، معظمها مشارك في الفسفرة التأكسدية (OXPHOS). أما باقي البروتينات الميتوكوندرية فتشفّرها الجينات النووية، ثم تنقل إلى الميتوكوندريا.

لقد أصبحت جينومات هذه الأُعضيات أصغر بكثير من أسلافها الحرة المعيشة. ويعزى ذلك في الغالب إلى الانتقال الواسع للجينات من أسلافها البدائية إلى الجينوم النووي، تلاه إزالة تلك الجينات من جينومات الأُعضيات. وعلى مدى الأزمنة التطورية، أدى دخول الحمض النووي للأُعضيات إلى النواة بشكل مستمر إلى إنتاج جينات نووية جديدة. علاوة على ذلك، تعتمد الميتوكوندريا على الجينات النووية لإنتاج البروتينات الأساسية، لأنها لا تستطيع توليد جميع البروتينات اللازمة بشكل مستقل.Hill GE (2020). "Mitonuclear compensatory coevolution". Trends in Genetics. 36 (6): 403–414. doi:10.1016/j.tig.2020.03.002. PMID 32294476.

 المراجع 

تصنيف:جينات
تصنيف:علم الأحياء الجزيئي