نظریه یک ژن- یک آنزیم :

[یوتاب درخشنده]

حققان: 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 .

کته :

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 جنـ*ـسی و غیر جنـ*ـسی هستند( به جزء دئوترومیست ها=قارچ ها ناقص ) و اکثراً تولید مثلی غیر جنـ*ـسی در آنها شایعتر از تولید مثل جنـ*ـسی 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 جنـ*ـسی 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 : نگاهی كلی به آزمایش بیدل و تیتوم

مرحله‌‌ی اول: تولید نوروسپوراهای جهش یافته

بیدل و تیتوم از پرتوهای X و فرابنفش برای ایجاد جهش استفاده كردند. آنان كپك‌هایی را كه در محیط كشت روییده بودند، تحت تابش پرتو قرار دادند.

...

گرچه همه‌ی سلول‌ها پرتو را دریافت می‌كنند، اما هدف بیدل و تیتوم ایجاد جهش در هاگ‌ها بود باید توجه داشت كه فقط بعضی از هاگ‌ها جهش می‌یابند نه همه‌ی آن‌ها. اگر هاگ جهش یابد، نوروسپورایی كه از آن می‌روید نیز جهش یافته خواهد بود و این جهش یافتگی نسل به نسل منتقل می‌شود.

هاگ‌هایی كه جهش یافته‌اند نمی‌توانند در محیط كشت حداقل رشد كنند. بنابراین، بیدل و تیتوم پس از آن‌كه هاگ‌ها را یكی‌یكی از آسك‌ها خارج كردند، آن‌ها را در محیط كشت كامل قرار دادند تا برویند. محیط كشت كامل محیطی است كه تمام مواد لازم برای رشد را دربر دارد.

با روییدن هاگ‌ها در محیط‌های كشت كامل، نروسپورهایی پدید می‌آید كه بعضی از آن‌ها جهش یافته‌اند و بعضی دیگر سالم. اما چگونه می‌توان فهمید كه نوروسپورای جهش یافته كدام است؟

مرحله دوم: تشخیص جهش یافته‌ها

نوروسپورایی كه جهش یافته است، نمی‌تواند همه‌ی مواد مورد نیازش را از محیط كشت حداقل بسازد و بنابراین دیگر نمی‌تواند روی محیط كشت حداقل رشد كند. بیدل و تیتوم از همین خاصیت برای جدا كردن نوروسپوراها استفاده كردند.

وقتی نوروسپوراها در لوله‌های آزمایش‌ حاوی محیط كشت كامل به اندازه‌ی كافی رشد كردند و تعدادشان زیاد شد، از هر لوله‌ی آزمایش تعداد كمی نوروسپورا را به‌عنوان نمونه برداشتند و به محیط كشت حداقل منتقل كردند. نوروسپوراهایی كه جهش یافته‌اند در این محیط قادر به رشد نیستند و به این ترتیب از نوروسپوراهای سالم تشخیص داده می‌شوند.

مرحله‌ سوم: تشخیص نوع ماده‌ای كه ساخته نمی‌شود

بیدل و تیتوم صدها لوله‌ی آزمایش، محتوای محیط كشت حداقل تهیه كردند و به هركدام یكی از مواد لازم برای رشد را افزودند. سپس كپك جهش یافته را در این لوله‌ها قرار دادند. در هر لوله‌ای كه كپك رشد كرد، معلوم می‌شود كه ماده‌ی موجود در آن لوله را نمی‌توانسته بسازد. در شكل زیر، كپك مورد نظر آمینو اسید آرژینین را نمی‌تواند بسازد.

...

پیشنهاد مسیر متابولیسمی برای سنتز آرژینین

جهش یافته‌هایی كه نیازمند آرژینین هستند، سه دسته‌اند:

- آن‌هایی كه در حضور آرژینین، سیترولین یا ارنیتین رشد می‌كنند.

- آن‌هایی كه در حضور آرژینین یا سیترولین رشد می‌كنند.

- آن‌هایی كه فقط در حضور آرژینین رشد می‌كنند.