نظریه یک ژن- یک آنزیم
نظریه یک ژن- یک آنزیم :
محققان: جورج بیدل( George Beadle) ادوارد تِیتوم ( Edward Tatum )
تحقیق: روی هاگ های نوعی قارچ بنام نوروسپورا کراسا ( Neurospora Crassa ) با چرخه ی زندگی هاپاوئیدی
هدف : بررسی عمل ژن
رویکرد جدید آزمایش : جهش هایی بررسی شد که مربوط به ژن های کنترل کننده واکنش های مهم متابولیکی ( تولید ویتامین و آمینواسید ) میباشند.
قبلاً: آزمایش ها در مورد صفاتی انجام می شد که قابل مشاهده بودند، مانند: ژن های رنگ چشم مگس سرکه یا ژن های کنترل کننده ی رنگیزه ها در گیاهان .
نکته :
1- قارچ نوروسپورا یک قارچ پرسلولی از گروه آسکومیست ها ( کیسه داران) است. ( فصل 11)
2- اکثر قارچ ها دارای هر دو نوع چرخه ی تولید مثلی جنسی و غیر جنسی هستند( به جزء دئوترومیست ها=قارچ ها ناقص ) و اکثراً تولید مثلی غیر جنسی در آنها شایعتر از تولید مثل جنسی است.0 به جز بازیدیومیست ها)
3- تقسیم بندی قارچ ها به سه شاخه عمده برحسب ساختار تولید متلی به صورت زیر است :
الف: زیگومیست ها --- مثل کپک سیاه نان ( ریزوپوس استولونیفر)
ب: آسکومیست ها
a) تک سولی ( مخمر) مانند مخمر نان ( ساکارومایسس سروزیه) و عامل برفک دهان بچه ها( کاندیدا آلبیکنس)
b ) پرسلولی مانند قارچ فنجانی و نوروسپورا کراسا
ج: بازیدیومیست ها مانند قارچ چتری – قارچ صدفی- قارچ ژلهای – قارچ دکمه ای- قارچ دنبلان – پفکی
4- در چرخه تولید مثل جنسی آسکومیست های پرسلولی ساختاری بنام آسکوکارپ و در لبه آن کیسه های هاگدان
محیط کشت حداقل ( minimal medium ) :
محیطی حاوی مخلوط رقیقی از مواد لازم برای رشد، که شامل انواع نمک ها، مقداری قند و حداقل یک نوع ویتامین (در این آزمایش ویتامین« بیوتین»( می باشد.
نکات مهم :
· کپک نوروسپورا[1] قارچی هاپلوئید (n کروموزومی) می باشد که عدد کروموزومی آن ( n = 7 ) می باشد.
· برای جهش(روی هاگ ها) از اشعه x و یا اشعه فرابنفش(UV) استفاده شده است.
· تعریف جهش: هرگونه تغییر در ماده وراثتی (DNA ) به هر دلیلی .
· هاگ های جهش یافته: هاگ های که نمی توانند روی محیط کشت حداقل رشد کنند.
مراحل آزمایش بیدل و تیتوم بر روی کپک نوروسپورا کراسا:
1- رشد دادن کپک های نوروسپورا ی طبیعی روی محیط کشت حداقل.
2- هاگ ها را توسط اشعهx یا اشعه فرابنفش تحت الشعاع قرار دادند.
3- هاگ های جهش یافته در محیط کشت کامل ( غنی شده ) رشد کردند.
(محیط کشت کامل شامل : مواد محیط کشت حداقل+ تعداد زیادی آمینواسید + انواع ویتامین ها )
4- عدم رشد هاگ ها ی جهش یافته در محیط کشت حداقل( محیط شاهد ).
5- تفکیک محیط کشت کامل به محیط های کشت مختلف (محیط کشت حداقل + هریک از مواد اضافه شده ).
6- بطور جداگانه، هاگ های جهش یافته در محیط کشت های حداقل + هر یک از مواد اضافه شده کشت داده شد.
7- رشد هاگ های جهش یافته فقط در محیط کشت حداقل +آمینواسید آرژنین و عدم رشد در سایر محیط های کشت ایجاد شده.
8- در اثر جهش در هاگ ها، مسیر ساخته شدن آرژینین با حذف هر یک از آنزیم ها متوقف شده است .
در طرح زیر مسیر متابولیکی تولید آمینواسید آرژینین(Arg ) نشان داده شده است.
در آزمایش بیدل و تیتوم سه نوع هاگ جهش یافته وجود دارد:
گروه اول: گروهی که در محیط کشت حداقل+ اُرنیتین+ سترولین+ آرژنین، رشد میکنند. ( عدم وجود آنزیم 1 )
گروه دوم: گروهی که در محیط کشت حداقل+ سیترولین+ آرژنین،رشد می کنند. ( عدم وجود آنزیم 2 )
گروه سوم: گروی که در محیط کشت حداقل+ آرژینین، رشد میکنند. ( عدم وجود آنزیم 3 )
تفکر: حذف هریک از آنزیم های 2،1و 3 باعث توقف مسیر تولید آرژنین می گردد. چرا؟
بیشتر بدانیم : نگاهي كلي به آزمايش بيدل و تيتوم
مرحلهي اول: توليد نوروسپوراهاي جهش يافته
بيدل و تيتوم از پرتوهاي X و فرابنفش براي ايجاد جهش استفاده كردند. آنان كپكهايي را كه در محيط كشت روييده بودند، تحت تابش پرتو قرار دادند.
گرچه همهي سلولها پرتو را دريافت ميكنند، اما هدف بيدل و تيتوم ايجاد جهش در هاگها بود بايد توجه داشت كه فقط بعضي از هاگها جهش مييابند نه همهي آنها. اگر هاگ جهش يابد، نوروسپورايي كه از آن ميرويد نيز جهش يافته خواهد بود و اين جهش يافتگي نسل به نسل منتقل ميشود.
هاگهايي كه جهش يافتهاند نميتوانند در محيط كشت حداقل رشد كنند. بنابراين، بيدل و تيتوم پس از آنكه هاگها را يكييكي از آسكها خارج كردند، آنها را در محيط كشت كامل قرار دادند تا برويند. محيط كشت كامل محيطي است كه تمام مواد لازم براي رشد را دربر دارد.
با روييدن هاگها در محيطهاي كشت كامل، نروسپورهايي پديد ميآيد كه بعضي از آنها جهش يافتهاند و بعضي ديگر سالم. اما چگونه ميتوان فهميد كه نوروسپوراي جهش يافته كدام است؟
مرحله دوم: تشخيص جهش يافتهها
نوروسپورايي كه جهش يافته است، نميتواند همهي مواد مورد نيازش را از محيط كشت حداقل بسازد و بنابراين ديگر نميتواند روي محيط كشت حداقل رشد كند. بيدل و تيتوم از همين خاصيت براي جدا كردن نوروسپوراها استفاده كردند.
وقتي نوروسپوراها در لولههاي آزمايش حاوي محيط كشت كامل به اندازهي كافي رشد كردند و تعدادشان زياد شد، از هر لولهي آزمايش تعداد كمي نوروسپورا را بهعنوان نمونه برداشتند و به محيط كشت حداقل منتقل كردند. نوروسپوراهايي كه جهش يافتهاند در اين محيط قادر به رشد نيستند و به اين ترتيب از نوروسپوراهاي سالم تشخيص داده ميشوند.
مرحله سوم: تشخيص نوع مادهاي كه ساخته نميشود
بيدل و تيتوم صدها لولهي آزمايش، محتواي محيط كشت حداقل تهيه كردند و به هركدام يكي از مواد لازم براي رشد را افزودند. سپس كپك جهش يافته را در اين لولهها قرار دادند. در هر لولهاي كه كپك رشد كرد، معلوم ميشود كه مادهي موجود در آن لوله را نميتوانسته بسازد. در شكل زير، كپك مورد نظر آمينو اسيد آرژينين را نميتواند بسازد.
پيشنهاد مسير متابوليسمي براي سنتز آرژينين
جهش يافتههايي كه نيازمند آرژينين هستند، سه دستهاند:
- آنهايي كه در حضور آرژينين، سيترولين يا ارنيتين رشد ميكنند.
- آنهايي كه در حضور آرژينين يا سيترولين رشد ميكنند.
- آنهايي كه فقط در حضور آرژينين رشد ميكنند.
نویسنده : عبدالرشید زبـرجد