فصلنامه ژنتیک نوین
پیاپی 6-7 (بهار و تابستان 1385)

از سال 1953 که جیمز واتسون و فرانسیس کریک ساختار مارپیچ دو رشته ای را برای DNA پیشنهاد کردند، تصویر دو رشت درهم تنیده که به شکل یک نردبان مارپیچ خود نمایی می کند نمادی برای DNA گردید. ساختار مارپیچ دو تایی که علامتی از پایداری و نظم در DNA است؛ آن چنان در ذهن ها جای گرفته است که تصور هر شکل دیگری از DNA را غیر ممکن می سازد.
اما امروزه تعداد روز افزونی از دانشمندان اعتقاد دارند که ساختار DNA تنها به ماریپچ دو رشته ای محدود نمی شود. به نظر می رسد که DNA می تواند بسیاری از اشکال را به خود بگیرد و حتی ماریچی سه رشته ای را نیز تشکیل دهد...

DNA کروموزومی باکتری اشریشیاکلی با داشتن حدود 5 میلیون جفت باز و بیش از یک میلی متر طول، باید به میزان زیادی متراکم شود تا در فضای محدود داخل سلول قرار گیرد. اولین مرحله در بسته بندی ژنوم باکتری با استفاده از پلی آمین هایی نظیر اسپرمین و اسپیرمیدین صورت می گیرد. بعلاوه، تعداد زیادی از مولکولهای پروتئینی با اندازه کوچک بنام پروتئین های شبه هیستونی در باکتری ها منجر به تاخوردن مولکول DNA در ساختمان بسیار متراکم می شوند. چندین پروتئین شبه هیستونی از جمله پروتئین های HU, IHF, H-NS, HLPI, H و FIS در باکتری ها شناسایی شده اند که علاوه بر شباهت های کلی، هر کدام ویژگی های ساختمانی، وظایف و نقش های مختلفی را در باکتری ها بر عهده دارند. از جمله می توان به نقش آنها در شروع همانندسازی، کنترل و تنظیم نسخه برداری (به عنوان فعال کننده یا ممانعت کننده) و نوترکیبی در جایگاه اختصاصی اشاره نمود.

با وجود تلاش های خیلی زیاد در زمینه سنتز شیمیایی کربوهیدرات ها و یا جداسازی آن ها از منابع طبیعی، تعیین نقش کربوهیدرات ها در زیست شناسی سلولی عقب افتاده است. از طرف دیگر، با فناوری ریز آرایه می توان هزاران پارامتر را به طور سریع و همزمان در طی یک آزمایش بررسی کرد. جهت سهولت مطالعه در زمینه گلیکومیکس و نقش قندها در تغییرات پس از ترجمه پروتئین ها، فناوری جداسازی دقیقی برای ردیابی اثرات متقابل قند - پروتئین ابداع شده اند. پیشرفت های اخیر در زمینه فناوری ریز آرایه های کربوهیدراتی، کاربرد آن ها را برای مطالعه انواع مختلف اثرات متقابل قند - پروتئین آسان کرده است. چندین روش جهت مطالعه زیست شناسی قندها ابداع شده است که شامل اتصال کووالان و غیر کووالان هیدرات ها بر روی صفحات، اسلایدها و یا سطوح مختلف هستند. این مقاله مروری با هدف معرفی و ارایه خلاصه ای از پیشرفت های اخیر در زمینه فناوری ریز آرایه های قندی تهیه شده است.

امروزه یکی از مباحث در حال توسعه، طرح های ساختمانی و مکانیکی نانومقیاس با استفاده از خصوصیات شناخته شده ماکرومولکول زیستی می باشد. تشکیل مجموعه ای از واحدهای ساختمانی در مقیاس مولکولی و ایجاد ساختمان هایی با خواص معین علم جدیدی به نام نانوتکنولوژی را ایجاد کرده است. از بین ماکرومولکول ها ویژگی های ساختمانی و شیمیایی منحصر به فرد مولکول DNA آن را برای تشکیل سازه های نانومقیاس بسیار مناسب می سازد. در حال حاضر، دستاوردهای در چند زمینه از نانوتکنولوژی DNA حاصل شده که می توان به استفاده از DNA تک رشته ای برای تولید ارایه های تکرار شونده، طراحی موتورهای DNA و سازه های نانو با استفاده از DNA اشاره کرد. تولید مثلث هایی از DNA و اتصال آنها به یکدیگر و ایجاد ساختمان های دو بعدی قدم های اولیه ای در زمینه تشکیل آرایه های تکرار شونده بوده است. نانوموتورهایی DNA که توانایی کار مداوم با استفاده از تغییرات شیمیایی محیط را دارند و نیز تولید نانو الگوهای دقیق با ساختمان های طراحی شده DNA به عنوان قالب هایی جهت تولید سازه های فلزی نانو از دیگر زمینه های نانوتکنولوژی DNA محسوب می شود که آینده روشنی را برای این فناوری ترسیم می کند.

رتروترانسپوزون ها عناصر ژنتیکی متحرکی هستند که انتقال آنها به وسیله یک RNA حد واسط صورت می گیرد. این عناصر توسط آنزیم رونویسی کننده معکوس به DNA تبدیل شده و به نقاطی از ژنوم الحاق می یابند. رتروترانسپوزون ها به میزان زیاد در ژنوم گیاهان وجود داشته، گاهی به بیش از 75 درصد هم می رسند. این میزان از DNA در طول تکامل گیاهان حاصل آمده است. رتروترانسپوزون های گیاهی هم از لحاظ ساختاری و هم از لحاظ کارکردی شبیه رتروترانسپوزون ها و رتروویروس های یوکاریوت های دیگر می باشند. این عناصر ژنتیکی متحرک به دلیل فراوانی زیاد و حضور در همه جای ژنوم نقش مهمی را در تکامل گیاهان بازی کرده اند. با توجه به نکات بالا، این عناصر مزبور پتانسیل بالای جهت استفاده به عنوان یک نشانگر را دارند. این نشانگرها مبتنی بر آغازگرهایی هستند که بر اساس دو انتهای حفظ شده رتروترانسپوزون ها می باشند. در این مقاله، به چهار نشانگر ملکولی SSAP, IRAP, REMAP, RIAP که مبتنی بر رتروترانسپوزون ها هستند پرداخته شده است.

کاهش نزولات آسمانی و تغییرات آب و هوایی، کشورهای بسیاری از جمله ایران را در معرض دوره های خشکی قرار داده و آنها را با کمبود منابع آب قابل استفاده مواجه نموده است. خشکی به عنوان مهمترین تنش محیطی کاهش دهنده تولیدات گیاهی، زندگی انسان و بسیاری از جانداران را تهدید می نماید. از این رو، مقابله با این خطر راه حل سریع و موثری را می طلبد. بدیهی است که مهار عوامل ایجاد کننده خشکی و خشکسالی بسیار مشکل است ولی کاهش اثرات تنش با تامین آب مورد نیاز گیاه و یا اصلاح گیاهان برای افزایش تحمل تنش امکان پذیر می باشد. ژن های کنترل کننده صفات مرتبط با مقاومت به تنش در گیاهان استخراج و شناسایی شده اند که گروه های عمده ای از آنها رمز کننده آنزیم های ضروری برای ساخت مواد سازگار نظیر پروتئین و گلیسین بتایین، HSPs, LEA, nSLTPs و غیره می باشند. با ایجاد صفات فوق از طریق انتقال ژن های کنترل کننده آنها، مسیری نوید بخش به سوی بهره برداری بیشتر بهتر از ارقام گیاهی مورد نظر و گسترش سطح زیر کشت آنها گشوده خواهد شد. شماری از گیاهان تراریخت نیز با برخی خصوصیات لازم جهت بهره برداری تجاری طراحی و تولید شده اند.

در سال 1992 سیستمی ابداع گردید که قادر بود میزان تجمع محصولات PCR را در حین انجام واکنش فراهم آورد. این سیستم که PCR زمان واقعی (Real-timePCR) نام گرفت، دارای رنگ اتیدیوم بروماید بود که می توانست به DNA های دو رشته ای متصل گردد. همچنین یک دستگاه نرمال سایکلر خاص طراحی شد که نور ماورای بنفش را به نمونه ها می تاباند. رنگ اتیدیوم بروماید متصل به DNA این نور را جذب کرده و آن را در طول موج بلندتر (به صورت فلورسانت) در محیط ساطع می کرد. نور فلورسنت توسط دستگاه دوربین CooledCCD دریافت شده و بوسیله رایانه تجزیه و تحلیل می شد. در واقع، با افزایش محصولات تکثیری، تعداد ملکول های DNA دو رشته ای متصل به اتیدیوم بروماید افزایش یافته و این خود باعث افزایش نور فلورسانت ساطع شده می گردد. بدین وسیله مقدار DNA در زمان های مختلف از تکثیر DNA سنجیده می شود. کاربردهای فناوری واکنش زنجیره ای پلیمراز در زمان واقعی دریچه را در تشخیص و تفکیک عوامل بیماریزای گیاهی و ریزسازواره های خاک در سطح گونه و حتی پایین تر از از آن، بررسی اثر درمانی سموم مختلف بر روی بافت های گیاهی، بررسی بیان ژن های مختلف در بافت های گیاهی تحت شرایط تنش های محیطی را فراهم آورده است. همچنین از این روش جهت تعیین کمیت جمعیت باکتری ها و قارچ های مفید خاک درون ریشه یا ریزوسفر گیاهان میزبان، همچون باکتری های تثبیت کننده ازت، کلات کننده آهن و مایکوریزها، بررسی سازوکارهای مقاومت گیاهان در مقابل عوامل بیماری زای گیاهی و تعیین آستانه اقتصادی جمعیت پاتوژن های گیاهی استفاده می شود.

پروژه بررسی تنوع ژنوم انسانی یک پروژه جهانی است و هدف آن یافتن شباهت ها و تفاوت ها در همه نمونه های انسانی می باشد. پروژه HGD هم اکنون مراحل طرح و برنامه را پشت سر می گذارد و در صدد یافتن بهترین روش ها برای رسیدن به اهداف خود می باشد و امید آن داریم که این مختصر مطالب بتواند پیش زمینه های اساسی را در درک بهتر پروژه و ابتکار عمل های آن ایجاد کند. مطالب ذیل نیز به منظور پاسخ گویی به برخی سوالات مطرح شده در خصوص پروژه می باشد.
1. پروژه بررسی تنوع ژنوم انسانی (HGD) چیست؟
2. چرا پروژه HGD حایز اهمیت می باشد؟
3. آیا این پروژه جزیی از پروژه ژنوم انسانی است؟