หนวยที่ 3ลักษณะทางพันธุกรรม

3.1 สารพันธุกรรมและสารโปรตีน สารพันธุกรรม (Genetic material) คือ สารที่ทําหนาที่ควบคุมการถายทอดลักษณะพันธุกรรมของสิ่งมีชีวิต โดยมีขอมูลสําหรับกําหนดการสังเคราะหหรือสรางโปรตีน

การคนพบสารพันธุกรรม หรือที่เรียกกันทั่วไปวา จีน เร่ิมตนขึ้นในป ค.ศ. 1869 เมื่อนัก ชีวเคมีชาวสวิสชื่อ ฟรายดริช มีสเชอร (Friedrich Miecher)ไดพบวาโครโมโซมในนิวเคลียสของเซลลประกอบดวยโปรตีนและกรดนิวคลีอิกชนิดหนึ่งซึ่งประกอบดวย ธาตุคารบอน (Carbon ใชตัวยอ C)ไฮโดรเจน (Hydrogen ใชตัวยอ H) ออกซิเจน (Oxygen ใชตัวยอ O) ไนโตรเจน (Nitrogen ใชตัวยอ N) และฟอสฟอรัส (Phosphorusใชตัวยอ P) ตอมาภายหลังพบวา กรดนิวคลีอิกชนิดนี้คือ ดีเอ็นเอ (DNA) ยอมาจาก Deoxyribo Nucleic Acid และมีหลักฐานที่แสดงวา ดีเอ็นเอเปนสาร พันธุกรรม ดังนี้

1. ดีเอ็นเอสวนใหญมักจะปรากฏในโครโมโซม สวนอารเอ็นเอและโปรตีนมักจะปรากฏในไซโทพลาสซึม

2. ปริมาณดีเอ็นเอจะสัมพันธกับจาํนวนชุดของโครโมโซม คือ ปริมาณของดีเอ็นเอในเซลลรางกายจะเปน 2 เทาของปริมาณดีเอ็นเอในเซลลสืบพันธุ

3. ดีเอ็นเอในเซลลเนื้อเยื่อตาง ๆ ของสิ่งมีชีวิตชนิดหนึ่ง จะมีปริมาณเทากันและคงที่เสมอไมวาจะมีการเปลี่ยนแปลงของสิ่งแวดลอม อาหาร อายุ หรือสภาพของเซลล เชน ดีเอ็นเอในเซลลเนื้อเยื่อตาง ๆ ของมนุษยจะเทากัน ดังตารางที่ 2-1ตารางที่ 3 – 1 แสดงปริมาณดีเอ็นเอในเซลลเนื้อเยื่อตาง ๆ ของมนุษย

ชนิดของเนื้อเยื่อ ปริมาณดีเอ็นเอ (กรัมตอเซลล) × 1012

ไต 6.34ตอมน้ําเหลือง 6.50

ปอด 6.04นม 6.50ตับ 6.30

(สิรินทร วิโมกขสันถว. 2521 : 158)

4. สัตวหรือพืชตางชนิดกัน มักจะมีปริมาณดีเอ็นเอตางกัน เซลลที่มีโครงสรางงาย ๆ จะมี ดีเอ็นเอนอยกวาเซลลที่มีโครงสรางซับซอน เชน ปริมาณดีเอ็นเอของแบคทีเรียจะนอยกวาของรา และปริมาณดีเอ็นเอของราจะนอยกวาของมนุษยหรือพืช ทั้งนี้เพราะแบคทีเรียมีจํานวนจีนนอยกวา รา คนพืช (ดูตารางที่ 2–2 ประกอบ)

80

ตารางที่ 3–2 แสดงปริมาณดีเอ็นเอในสิ่งมีชีวิตบางชนิดชนิดของสิ่งมีชีวิต ปริมาณดีเอ็นเอ (กรัมตอเซลล) × 1012

สัตวเล้ียงลูกดวยน้ํานม 6สัตวเล้ือยคลาน 5

นก 2ปลา 2หอย 1.2พืช 2.5รา 0.02 – 0.17

แบคทีเรีย 0.002 – 0.06เฟจ (Phage) T4 0.00024

(สิรินทร วิโมกขสันถว. 2521 : 159)5. ในปค.ศ. 1928 เฟรด กริฟฟท (Fred Griffith) แพทยชาวอังกฤษศึกษาแบคทีเรียที่ทําให

เกิดโรคปอดบวมในสัตวเล้ียงลูกดวยน้ํานม (Streptococcus pneumoniae) ปรากฏวามี 2 สายพันธุ คือสายพันธุแรกสามารถสรางแคปซูลหอหุมเซลลทําใหปองกันเซลลจากการถูกทําลายโดยระบบภูมิคุมกันของสัตว เมื่อใสแบคทีเรียสายพันธุนี้เขาไปในตัวหนู จะทําใหหนเูปนโรคและตาย สวนอีกสายพันธุหนึ่งไมทําใหเกิดโรคและไมทําใหหนูตาย เมื่อเอาแบคทีเรียชนิดที่ทําใหเกิดโรค ฆาดวยความรอนใสเขาไปในตัวหนูพรอมกับแบคทีเรียที่ไมทําใหเกิดโรค หนูจะตาย (ภาพที่ 3-1) กริฟฟทตั้งสมมติฐานวา การที่หนูตายเนื่องจากมีสารพันธุกรรมจากแบคทีเรียที่ทําใหเกิดโรคและทําใหตายโดยความรอนเขาไปกอใหเกิดการแปลง (Transform) ในแบคทีเรียที่ไมทําใหเกิดโรคกลายเปนแบคทีเรียที่ทําใหเกิดโรค (Arms and Camp. 1991 : 148)

การทดลองนี้แสดงวา ขอมูลพันธุกรรมในดีเอ็นเอสามารถถายทอดได

ภาพที่ 3-1 การทดลองการแปลงของแบคทีเรียโดยเฟรด กริฟฟด (Campbell. 1993 : 301)

81

ในปค.ศ. 1944 ออสวาลด เอเวอรี (Oswald Avery) และคณะ ไดแก แมคลิน แมคคารที(Maclyn Mccarty) และโคลิน เอ็ม. แมคลอรด (Colin M. Macleod) ไดทดลองศึกษาสารเคมีในแบคทีเรียที่ทําใหเกิดโรคซึ่งถูกทําใหตายโดยความรอน และสรุปรายงานการทดลองวา การแปลงของแบคทีเรียเกิดจากดีเอ็นเอของแบคทีเรียที่ทําใหเกิดโรคและถูกทําใหตายโดยความรอน ไมใชเกิดจากโปรตีนหรือสารอื่น

นอกจากนี้ในป ค.ศ. 1952 อัลเฟรด เฮอรชีย (Alfred Herchey) และมารทา เชส (Martha Chase) ไดทําการทดลองสรางเฟจ (Phage มาจากคําวา Bacteriophage หมายถึง ไวรัสพวกที่ทําลายเซลลแบคทีเรีย) ที่มีกํามะถันกัมมันตรังสี (S35) ในโปรตีนหอหุมตัว (Coat protein) และฟอสฟอรัสซึ่งมีกัมมันตภาพรังสี (P32) ในดีเอ็นเอ เมื่อใชเฟจนี้ทําลายแบคทีเรียพบวา ดีเอ็นเอหรือ P32 เทานั้นที่เขาไปในตัวแบคทีเรีย ไมมี S35 จากโปรตีนที่หอหุมตัวเขาไปได ดีเอ็นเอที่เขาไปนั้นสามารถ เจริญเติบโตกลายเปนเฟจหลายเฟจที่มีลักษณะเหมือนเฟจเดิม (ภาพที่ 3-2) แสดงวาขอความทางพันธุกรรมมีอยูในดีเอ็นเอและสามารถถายทอดไปยังเฟจตัวใหมได (Camp. 1993 : 302)

ภาพที่ 3-2 การทดลองของเฮอรชียและเชส (Campbell. 1993 : 303)

หลักฐานที่กลาวมาแลวทั้งหมด แสดงใหเห็นวา ดีเอ็นเอเปนสารพันธุกรรม อยางไรก็ตามปจจุบันพบวา ในสิ่งมีชีวิตพวกโพรคาริโอตนอกจากมีดีเอ็นเอเปนสารพันธุกรรมแลว อารเอ็นเอ (RNA ยอมาจาก Ribo Nucleic Acid) ยังเปนสารพันธุกรรมไดอีกดวย เชน อารเอ็นเอของไวรัสใบยาสูบ (Tobacco mosaic virus เรียกชื่อยอวา ทีเอ็มวี – TMV) ไวรัส ไขหวัดใหญ (Influenza virus) ไวรัสที่ทําใหสมองอักเสบ (Encephalitis virus) ไวรัสกอใหเกิดมะเร็ง (Rous sarcoma virus เรียกชื่อยอวา RSV)และไวรัสโรคเอดส (Human immunodeficiency virus เรียกชื่อยอวา HIV) เปนตน เนื่องจากพบวา เมื่อแยกอารเอ็นเอของไวรัสดังกลาวขางตนออกมาจากไวรัสแลวยังมีคุณสมบัติที่สามารถทําใหเกิดโรคไดเชนกัน แตก็มีไวรัสอีกหลายชนิดที่มีดีเอ็นเอเปนสารพันธุกรรม เชน

82

ไวรัสของแบคทีเรียอี.โคไล (Escherichia coli = E.coli) ที่อยูในลําไสใหญของมนุษย ดังนั้นอาจกลาวไดวา สารพันธุกรรมของสิ่งมีชีวิตอาจจะเปนดีเอ็นเอ หรือ อารเอ็นเอซึ่งเปนกรดนิวคลีอิกที่มีขอมูลพันธุกรรมซึ่งสามารถถายทอดจากรุนหนึ่งสูอีกรุนหนึ่ง ได

ในเซลลยูคาริโอตพบวา นอกจากสารพันธุกรรมจะอยูในนิวเคลียสแลวยังมีในออรแกเนลล อ่ืนภายในเซลลดวย เชน ในไมโทคอนเดรียและคลอโรพลาสต สารพันธุกรรมหรือดีเอ็นเอใน ออรแกเนลลเหลานี้จะมีกลไกและหลักการถายทอดสวนมากเปนการถายทอดทางเดียว (Uniparental inheritance) โดยผานทางเซลลสืบพันธุของแม และการถายทอดลักษณะพันธุกรรมของไมโทคอนเดรียนั้นไมสมบูรณในตัวเอง ตองอยูในความควบคุมของจีนบนโครโมโซมในนิวเคลียส (มหาวิทยาลัยสุโขทัยธรรมาธิราช. 2535 : 135)

ดังนั้นสารพันธุกรรมที่พบในปจจุบันมี 2 ชนิด คือ ดีเอ็นเอและอารเอ็นเอ 3.1.1 กรดนิวคลีอิกองคประกอบและโครงสรางของดีเอ็นเอ

ค.ศ. 1953 เจมส ดิวอีย วอตสัน (James Dewey Watson) ชาวอเมริกัน และฟรานซิส แฮรรีคอมปตัน คริก (Francis Harry Compton Crick) ชาวอังกฤษไดรวมกันเสนอโครงสรางสามมิติของดีเอ็นเอโดยอาศัยหลักฐานประกอบดังนี้

1. ดีเอ็นเอ จัดเปนสารประกอบกรดนิวคลีอิกที่เปนพอลิเมอรของนิวคลีโอไทด แตละหนวยยอยของนิวคลีโอไทดประกอบดวยหมูฟอสเฟต น้ําตาลดีออกซีไรโบส (Deoxyribose) ซ่ึงมีคารบอน 5อะตอม และเบสในสัดสวน 1:1:1 (ภาพที่ 3-3)

ภาพที่ 2-3 โครงสรางของนิวคลีโอไทดประกอบดวยน้ําตาล เบส และหมูฟอสเฟต (วิชัย บุญแสง และคณะ. 2541 : 2)

ค.ศ. 1949 เออรวิน ชารกาฟ (Erwin Chargaff) พบวา เบสในดีเอ็นเอมี 4 ชนิด และแบงออกเปน 2 กลุม ดังนี้

83

- เบสไพริมิดีน (Pyrimidine) ประกอบดวยวงแหวน 1 วง เบสในกลุมนี้ไดแกไซโทซีน(Cytocine ใชสัญลักษณ C) และไทมีน (Thymine ใชสัญลักษณ T) (ภาพที่ 3-4 ก.)

- เบสพิวรีน (Purine) ประกอบดวยวงแหวน 2 วง คือ วงแหวนไพริมิดีนเชื่อมกับวงแหวนอิมิดาโซล (Imidazole) เบสในกลุมนี้ไดแก อะดีนีน (Adenine ใชสัญลักษณ A) และกัวนีน (Guanineใชสัญลักษณ G) (ภาพท่ี 3-4 ข.)

ก.

ข.

ภาพที่ 3-4 เบสในดีเอ็นเอ ก. เบสไพริมิดีน ข. เบสพิวรีน (วิชปริมาณเบสทั้ง 4 ชนิด มีอัตราสวนที่แนนอน คือ อะดีน

เทากับไซโทซีน (C) เสมอ ไมวาเบสจะมาจากเซลลชนิดใด (ดูต

))

กอะดีนีน (A)

ไธมีน (T

ไซโทซีน (C

ัย บุญแสง และคณะ. 2541 : 3)ีน (A) จะเทากับไทมีน (T) กัวนีนจะารางที่ 3-3)

ัวนีน (G)

84

ตารางที่ 2-3 ปริมาณของเบสในดีเอ็นเอของสิ่งมีชีวิตชนิดตาง ๆปริมาณของเบส (โมล%) อัตราสวนเบส

ชนิดของสิ่งมีชีวิต A T G C A/T G/CCGTA

++

สัตว คน 30.9 29.4 19.9 19.8 1.05 1.0 1.52 ไก 28.8 29.2 20.5 21.5 0.99 0.95 1.38 ตั๊กแตน 29.3 29.3 20.5 20.7 1.00 1.00 1.41 ปูทะเล 47.3 47.3 2.7 2.7 1.00 1.00 1.75พืช ขาวสาลี 27.3 27.1 22.7 22.8 1.01 1.00 1.19ฟงไจ ราดํา 25.3 24.9 25.1 25.0 1.00 1.00 1.00แบคทีเรีย

Escherichia coli 24.7 23.6 26.5 25.7 1.04 1.01 0.93แบคทีรีโอเฟจ T4 26.0 26.0 24.0 24.0 1.00 1.00 1.00

(สิรินทร วิโมกขสันถว. 2521 : 160)

สายดีเอ็นเอแตละสายเปนสายของพอลินิวคลีโอไทด ที่เกิดจากการเชื่อมตอกันของ นิวคลีโอไทด (ภาพที่ 2-5) โดยเบสบนดีเอ็นเอจะตออยูกับน้ําตาลดีออกซีไรโบสที่คารบอนตําแหนงที่ 1′ (C - 1′) โดยมีหมูฟอสเฟตเปนตัวเชื่อมระหวางคารบอนตําแหนงที่ 3′ (C - 3′) ของน้ําตาลโมเลกุลหนึ่งกับคารบอนตําแหนงที่ 5′(C - 5′) ของน้ําตาลโมเลกุลที่อยูถัดไปดวยพันธะ ฟอสโฟ-ไดเอสเตอร สายพอลินิวคลีโอไทดที่เกิดขึ้นมีทิศทางปลายขางหนึ่งเปน 5′ ปลายอีกขางหนึ่งเปนปลาย 3′ หมูฟอสเฟตทําใหดีเอ็นเอมีประจุลบและมีคุณสมบัติเปนกรด แตละนิวคลีโอไทดในสาย ดีเอ็นเอจะประกอบดวยน้ําตาลและฟอสเฟตเหมือนกัน จะตางกันที่การเรียงตัวของเบส 4 ชนิด ในรูปแบบตาง ๆ กัน ทําใหดีเอ็นเอเปนแหลงเก็บขอมูลที่แตกตางกันไดเปนจํานวนมาก ตัวอยางเชน สายดีเอ็นเอที่ประกอบดวยนิวคลีโอไทด 1,000 หนวย จะมีการเรียงตัวใหขอมูลที่ตางกันไดถึง 41000 แบบ ขอมูลที่แตกตางกันและบรรจุอยูในโมเลกุลดีเอ็นเอเปนตัวกําหนดคุณสมบัติที่สําคัญของส่ิงมีชีวิต ในการควบคุมกิจกรรมตาง ๆ ของเซลล และควบคุมลักษณะของสิ่งมีชีวิตนั้น ๆ

85

ภาพที่ 3-5 โครงสรางทางเคมีของสายดีเอ็นเอหนึ่งสาย (Campbell. 1993 : 304)2. ค.ศ. 1953 เจมส ดิวอีย วอตสัน (James Dewey Watson) ชาวอเมริกัน และ ฟรานซิส แฮรร่ี

คอมปตัน คริก (Francis Harry Compton Crick) ชาวอังกฤษไดรวมกันเสนอโครงสรางสามมิติของดีเอ็นเอโดยอาศัยหลักฐานประกอบจากภาพการเลี้ยวเบนของรังสีเอกซของดีเอ็นเอ โดยมอริช วินคินส (Maurice Wilkins) ชาวอังกฤษและโรซาไลนด แฟรงคลิน (Resalind Franklind) ชาวอังกฤษ (ภาพที่ 3-6) วอตสันและคริก สรุปวา ดีเอ็นเอของสิ่งมีชีวิตสวนใหญมีโครงสรางเปนสายเกลียวคู (Double helix) คลายขดลวดสปริง และเกลียวมีลักษณะวนขวา การพันเกลียวของดีเอ็นเอทําใหเกิดเปนรองขึ้น 2 ขนาด คือ รองขนาดใหญ และรองขนาดเล็ก โดยรอบเกลียวมีขนาด 34 0A m(ภาพที่ 3-7ก.) เกลียวคูนี้คือสายพอลินิวคลีโอไทดสองสายที่มีทิศสวนทางกัน โดยมีน้ําตาลและ หมูฟอสเฟตเปนแกนของเกลียว (DNA backbone) และมีเบสอยูภายในเกลียว (ภาพที่ 3-7 ข.) โดยมีระนาบของเบสตั้งฉากกับแกนของเกลียวคลายราวบันไดวนกับขั้นบันได เสนผาศูนยกลางของเกลียว 2 mm. (20 0A) แตละรอบเกลียวจะประกอบดวยเบส 10 คู

ภาพที่ 3-6 ภาพการเลี้ยวเบนของรังสีเอกซของ ดีเอ็นเอ (Mix, Farber and King. 1991 : 274)

86

3. เกลียวคูของดีเอ็นเอถูกยึดดวยพันธะไฮโดรเจนระหวางเบสที่อยูบนสายตรงขามกันโดยมีเบส A จับคูกับเบส T ดวยพันธะไฮโดรเจน 2 พันธะ และเบส C จับคูกับเบส G ดวยพันธะไฮโดรเจน 3พันธะ (ภาพที่ 3-7 ค.) นอกจากนี้ยังมีแรงไฮโดรโฟบิค (Hydrophobic interaction) ที่เกิดขึ้นระหวางเบสที่ซอนอยูในสายเดียวกัน (Stacking bases) ชวยยึดโครงสรางเกลียวคูใหมีความเสถียร (Stable)

ก. ภาพที่ 3-7 โค

ก ข ค (ว

การจับคูกันขอเมื่อเบสบนสายดีเอ็นเอเบสบางสวนที่เปนเบสความเขมขนของเกลือเ(Hybridization) ส่ิงมริไดเซชันไดดีกวาสิ่งมเอที่มาจากสิ่งมีชีวิตตาชีวิตไดดีขึ้น

ดีเอ็นเอที่พบใจํานวนพันเบส ในสิ่งมหนึ่งชุด (n) หรือแฮพล

ข. ค.รงสรางของดีเอ็นเอ

. สายเกลียวคูของดีเอ็นเอ

. มีน้ําตาลและหมูฟอสเฟตเปนแกน

. เบสภายในทําหนาที่ยึดสายดีเอ็นเอเกลียวคูดวยพันธะไฮโดรเจนิชัย บุญแสง และคณะ. 2541 : 5)

งเบสบนสายของดีเอ็นเอเปนกระบวนการที่จําเพาะและจะเกิดไดอยางสมบูรณเปนเบสคูสมกัน (Complementary bases) อยางไรก็ดีสายดีเอ็นเอตางชนิดกันที่มีคูสมกัน อาจเกิดการจับกันเปนเกลียวไดในสภาวะที่ทําใหมีอุณหภูมิต่ําและหมาะสม การจับกันของเบสบนสายดีเอ็นเอที่ตางชนิดกัน เรียกวา ไฮบริไดเซชัน ีชีวิตที่มีความสัมพันธใกลชิดกันจะมีลําดับเบสบน ดีเอ็นเอคลายกัน จึงเกิดไฮบีชีวิตที่มีความแตกตางกัน ดังนั้นความสามารถในการเกิดไฮบริไดเซชันของดีเอ็นงชนิด (Species) กันจะชวยใหเขาใจถึงความสัมพันธของวิวัฒนาการของสิ่งมี

นสิ่งมีชีวิตตางชนิดกันจะมีขนาดตางกัน เชน ดีเอ็นเอของไวรัสและแบคทีเรียมีีชีวิตชั้นสูงดีเอ็นเอมีจํานวนพันลานเบส ดีเอ็นเอในเซลลที่มีจํานวนโครโมโซมอยดเซลล (Haploid cell) เรียกวา จีโนม (Genome) ขนาดของ

87

จีโนมนิยมบอกเปนกิโลเบส หรือ kb (ภาพที่ 2-8) ซ่ึงหมายถึง จํานวนเบสบนเกลียวคูของดีเอ็นเอคูณดวย 103 ดีเอ็นเอของไวรัสและแบคทีเรียสวนใหญเปนวงแหวนเกลียวคู สวนดีเอ็นเอของ ส่ิงมีชีวิตช้ันสูงหรือยูคาริโอตจะเปนสายยาวเกลียวคู

ภาพที่ 3-8 ขนาดจีโนมของสิ่งมีชีวิตชนิดตาง ๆ (วิชัย บุญแสง และคณะ. 2541 : 6)

หนาที่ของดีเอ็นเอการจําลองหรือสรางดีเอ็นเอดีเอ็นเอมีหนาที่เกี่ยวของกับการถายทอดขอมูลพันธุกรรม 2 ประการ คือ 1) การจําลองหรือ

สรางดีเอ็นเอ และ 2) การสรางอารเอ็นเอการเพิ่มจํานวนดีเอ็นเอโดยการสรางดีเอ็นเอสายใหมใหเหมือนดีเอ็นเอสายเดิม เรียกวา การ

จําลองหรือการสรางดีเอ็นเอ (DNA replication) ปกติการสรางดีเอ็นเอจะเกิดขึ้นกอนที่จะเกิดการแบงเซลล มีการเจริญเติบโต ตอมามีการสรางเซลลสืบพันธุ เกิดการผสมกันของเซลลสืบพันธุที่ตางกัน ดังนั้นการจําลองดีเอ็นเอจึงมีสวนทําใหเกิดการเพิ่มจํานวนของเซลลรางกาย และการดํารง เผาพันธุของส่ิงมีชีวิต

เนื่องจากดีเอ็นเอที่พบในธรรมชาติมีทั้งสายเดี่ยวและสายเกลียวคูที่มีหลักการจําลองทั่วไปเหมือนกัน แตพบวากระบวนการจําลองตัวของดีเอ็นสวนใหญที่เปนสายแบบเกลียวคูมีวิธีการจําลองแบบกึ่งอนุรักษ (Semi conservative) คือ โมเลกุลของดีเอ็นเอ ที่เมื่อจําลองตัวเสร็จแลวจะประกอบดวยสายพอลินิวคลีโอไทดสายใหมหนึ่งสายและสายเกาหนึ่งสาย (ภาพที่ 3-9) เปนกลไกที่มีความซับซอนซ่ึงตองอาศัยโปรตีน และเอนไซมชนิดตางๆ หลายชนิด และมีขั้นตอนสรุปไดดังนี้ (ภาพที่ 3-10)

1. การแยกดีเอ็นเอเกลียวคูออกเปนสายเดี่ยว โดยการสลายพันธะไฮโดรเจนระหวางเบส2. การจับดีเอ็นเอสายเดี่ยวไมใหกลับไปรวมเปนสายคู3. การคลายเกลียวเหนือจุดแยก

88

4. การสรางไพรเมอรอารเอ็นเอเขาคูกับสายตนแบบ หรือแมแบบ (Template)5. การนํานิวคลีโอไทด มาตอกันเปนสายพอลินิวคลีโอไทด6. การตัดไพรเมอรอารเอ็นเอที่เขาคูกับสายดีเอ็นเอตนแบบออก7. การเชื่อมรอยตอระหวางสวนของดีเอ็นเอที่สรางขึ้นใหม

ภาพที่ 3-9 การจําลองหรือสรางดีเอ็นเอสายใหม (เตือนใจ โกสกุล. 2541 : http://www.sc.cula.ac.th/courseware/

2305101.sld038.htm)

ภาพที่ 3-10 ขั้นตอนการจําลองดีเอ็นเอแบบกึ่งอนุรักษ (Raven and Johnson. 2002 : 290)

กรณีที่ดีเอ็นเอของเซลลบางชนิดเปนสายเดี่ยว เชน ดีเอ็นเอของเฟจ การสรางดีเอ็นเอใหเหมือนเดิมนั้นจําเปนตองสรางแมแบบเสียกอน แลวจึงใชดีเอ็นเอตนแบบสรางดีเอ็นเอใหม ทําใหไดดีเอ็นเอใหมเหมือนดีเอ็นเอเดิม (ภาพที่ 3–11)

89

ดีเอ็นเอสายเดี่ยว ดีเอ็นเอสายเดี่ยว ดีเอ็นเอแมแบบ ดีเอ็นเอสายใหมA A _ _ _ T AG G _ _ _ C GG G _ _ _ C GC C _ _ _ G C

A A _ _ _ T AT T _ _ _ A TT T _ _ _ A TA A _ _ _ T A

ดีเอ็นเอของไวรัส สายเดิม ดีเอ็นเอของเฟจที่สรางขึ้นภาพที่ 3-11 การสรางดีเอ็นเอจากดีเอ็นเอสายเดี่ยวของเฟจ

(มหาวิทยาลัยสุโขทัยธรรมาธิราช. 2535 : 155)การสรางอารเอ็นเอ

คือ การถายทอดขอมูลพันธุกรรมจากดีเอ็นเอเปนสื่อพันธุกรรมในรูปของอารเอ็นเอ ลักษณะการสรางอารเอ็นเอจะคลายกับการสรางดีเอ็นเอ โดยมีดีเอ็นเอเพียงเสนเดียวที่ทําหนาที่เปนแมแบบสรางอารเอ็นเอ และการสรางอารเอ็นเอจะมีลําดับของเบสตางไปจากการสรางดีเอ็นเอ คือขอมูลที่เปนเบส T ในดีเอ็นเอ นั้นจะเปลี่ยนเปนเบส U ในอารเอ็นเอ เนื่องจากเบสในองคประกอบของอารเอ็นเอไมมีเบส T (ภาพที่ 3-12)

ดีเอ็นเอแมแบบ อารเอ็นเอ A _ _ _ U

C _ _ _ G G _ _ _ C T _ _ _ A A _ _ _ U T _ _ _ A

ภาพที่ 3-12 ลําดับของเบสบนอารเอ็นเอที่สรางจากดีเอ็นเอแมแบบการถายทอดขอมูลจากดีเอ็นเอเปนอารเอ็นเอไมไดเกิดขึ้นตลอดทั้งสายของดีเอ็นเอ และไมได

เกิดขึ้นพรอม ๆ กัน ที่ตําแหนงเดียวกันทั้งสองสายในดีเอ็นเอเกลียวคู แตจะเกิดเฉพาะบางตําแหนงในสวนที่เกี่ยวของกับการถายทอดลักษณะพันธุกรรมเทานั้น เราเรียกดีเอ็นเอหรือจีนสวนนี้บนโครโมโซมวา เอกซอน (Exon) สวนที่ไมมีการถายทอดหรือเปนขอมูลพันธุกรรมที่ไมมี ความหมาย เรียกวา อินทรอน (Intron) โดยเอกซอนไมจําเปนตองอยูติดตอกันไป แตอาจมีอินทรอนสลับอยูเปนชวง ๆ ได (ภาพที่ 3-13)

90

ภาพที่ 3-13 การสรางอารเอ็นเอนํารหัส (mRNA) (Raven and Johnson. 2002 : 309)

อารเอ็นเออารเอ็นเอ เปนสารประกอบกรดนิวคลีนิกเชนเดียวกับดีเอ็นเอ มีสวนประกอบทางเคมีคลายดี

เอ็นเอมาก แตกตางกันตรงชนิดของน้ําตาลและเบสหนึ่งชนิด คืออารเอ็นเอ ประกอบดวย น้ําตาลไรโบส (Ribose) แทนที่จะเปนดีออกซีไรโบส และจะมีเบส ยูราซิล (Uracil ใชสัญลักษณ U) แทนเบสไทมีน

นอกจากนั้นยังพบวา อัตราสวนของเบสพิวรีนและไพริมิดีน ไมเทากับ 1:1 นั่นคือ ปริมาณของกัวนีน (G) ไมเทากับไซโทซีน (C) และอะดีนีน (A) ไมเทากับยูราซิล (U) แสดงวาไมมีการ จับคูกันระหวางเบสเหลานี้ ทําใหสรุปไดวา อารเอ็นเอมีโครงสรางที่ประกอบดวยสาย พอลินิวคลีโอไทดเพียงสายเดียว (Single stranded) แทนที่จะเปนสายคูอยางดีเอ็นเอ อยางไรก็ดี RNA ของไวรัสบางชนิดอาจเปนสายคูก็ได ซ่ึงอาจจะเกิดจากการที่สายอารเอ็นเอพับจนเบสที่สามารถจับคูกันมาอยูในตําแหนงที่ตรงกัน ทําใหอะตอมของไฮโดรเจนเขาเชื่อมตอระหวางเบสที่เปนไพริมิดีนและพิวรีนอารเอ็นเอแบงออกไดเปน 3 ประเภท ดังนี้

1. อารเอ็นเอนํารหัส (Messenger RNA หรือ mRNA) อารเอ็นเอชนิดนี้มีประมาณ 2-4 เปอรเซ็นต ของอารเอ็นเอทั้งหมดที่พบภายในเซลล เอ็มอารเอ็นเอนํารหัส ทําหนาที่เปนสื่อกลางระหวางดีเอ็นเอในนิวเคลียส และไรโบโซมในไซโทพลาสซึม คือ เปนตัวนํารหัสพันธุกรรม (ดูรายละเอียดหัวขอที่ 2.2.1) บนดีเอ็นเอในนิวเคลียส ผานผนังนิวเคลียสไปยังไรโบโซมซึ่งอยูในไซโทพลาสซึม เพื่อใชในการสังเคราะหโปรตีน

เอ็มอารเอ็นเอนํารหัสแตละชนิดมีความยาวเทากับหนึ่งจีน หมายความวา เอ็มอารเอ็นเอ นํารหัสหนึ่งชนิดยาวเทากับรหัสของพอลิเพปไทด (Polypeptide เปนโครงสรางระดับปฐมภูมิของโปรตีน) หนึ่งชนิด ในแบคทีเรีย E.Coli นั้น เอ็มอารเอ็นเอนํารหัสแตละสายยาวตั้งแต 900 ถึง 1500นิวคลีโอไทด ก็จะสอดคลองกับความยาวของพอลิเพปไทด เพราะพบวาพอลิเพปไทดของ E.Coli มีความยาว 300 ถึง 500 กรดอะมิโน (รหัสของแตละกรดอะมิโนยาว 3 นิวคลีโอไทด )

91

2. อารเอ็นเอถายโอน (Transfer RNA หรือ tRNA) อารเอ็นเอชนิดนี้มีหนาที่นํากรดอะมิโนไปยังไรโบโซม เพื่อใชในการสรางสายพอลิเพปไทดของโปรตีน กรดอะมิโนแตละชนิดจะมีอารเอ็นเอถายโอนเฉพาะตัวอยางนอยหนึ่งชนิด อารเอ็นเอถายโอนแตละชนิดมีรูปรางและลําดับของนิวคลีโอไทดแตกตางกันแตมักมีขนาดใกลเคียงกันประมาณ 75 ถึง 85 นิวเคลีโอไทด สวนปริมาณของอารเอ็นเอถายโอนภายในเซลลมีประมาณ 10 เปอรเซ็นต ของอารเอ็นเอทั้งหมด

ป ค.ศ. 1965 มีการเสนอวา รูปรางของอารเอ็นเอถายโอนเปนแบบเกลียวคู ซ่ึงเกิดจากการพับของสายอารเอ็นเอถายโอน จนทําใหเบสที่จับคูกันไดมาอยูในตําแหนงที่ตรงกันดังไดกลาวมาแลวขางตนนี้ แตตอมามีการพบวา รูปรางของอารเอ็นเอถายโอน ตลอดจนชนิดของนิวคลีไอไทดที่พบแตกตางไปจากเดิม คือ นิวคลีโอไทดนอกจากมีเบส A, G, U และC เปนสวนประกอบแลว อารเอ็นเอถายโอนยังมีนิวคลีโอไทดอีกหลายชนิด ไดแก อิโนซีน (Inosine ใชสัญลักษณ I) เมทิลไลโนซีน(Methylinosine ใชสัญลักษณ IMe) เมทิลกัวโนซีน (Methylguanosine ใชสัญลักษณ MeG) ไดไฮโดรยูริดีน (Dihydrouridine ใชสัญลักษณ UH2) ซูโดยูริดีน (Psuedouridine) ฯลฯ เนื่องจากไมมีการจับตอกันระหวางเบสเหลานี้ ดังนั้นรูปรางของ t RNA) จึงปรากฏดังภาพที่ 3-14

ภาพที่ 3-14 รูปรางของ t RNA ที่ทําหนาที่นํากรดอะมิโนชื่ออะลานีน (Alanine) และ ไทโรซีน (Tyrosine) แสดงลําดับของเบสในนิวคลีโอไทด

(ไพศาล เหลาสุวรรณ. 2535 : 46)

จากภาพที่ 3-14 จะเห็นไดวา สายพอลินิวคลีโอไทดพับไปมาทําใหเกิดรอยโปงปรากฏเปนรูปแฉก (Cloverleaf model) โดยมีการจับคูระหวางเบส A กับ U และ C กับ G แตไมมีการจับคูระหวางเบสชนิดอื่น ใหสังเกตวาตรงสวนที่โปงออกตําแหนงหนึ่งมีหมูของนิวคลีโอไทด 3 หมู เรียกหมูดังกลาวนี้วา ตัวถอดรหัส (Anticodon) ซ่ึงจะแตกตางกันไปตามชนิดของอารเอ็นเอถายโอน ตรงปลายทางดาน 3/ ของอารเอ็นเอถายโอน มีเบส C-C-A เรียงตอกัน โดยมีเบส A อยูในตําแหนงปลายสุด ถาเบสC-C-A ตรงปลายนี้ขาดหายไป อารเอ็นเอถายโอนก็จะไมสามารถรับสงกรดอะมิโนได เพราะเบส A เปนจุดเชื่อมตอกับกรดอะมิโนนั่นเอง

92

3. อารเอ็นเอไรโบโซม (Ribosomal RNA หรือ rRNA) เปนอารเอ็นเอ ที่พบประมาณ 85 ถึง90 เปอรเซ็นตของอารเอ็นเอทั้งหมดภายในเซลล อยูในสวนของไรโบโซมซึ่งเปนแหลงที่มีการสังเคราะหโปรตีนในไซโทพลาสซึม

จากการศึกษา E. coli พบวา ไรโบโซมประกอบดวยโปรตีน 60 เปอรเซ็นต และอารเอ็นเอไรโบโซม 40 เปอรเซ็นต แตละไรโบโซมประกอบดวยหนวยยอย 2 หนวย เชน ไรโบโซมของ E. coliขนาด 70 S ประกอบดวยหนวยยอยขนาด 30 S และ 50 S (S คือ Svedberg unit ใชบอกขนาด ถาคา Sสูง แสดงวาเปนหนวยขนาดใหญ) การรวมกันของหนวยยอยข้ึนอยูกับความเขมขนของแมกเนเซียมไอออน (Mg 2+) ถาไอออนดังกลาวมีความเขมขั้นต่ํากวา 1.0 mM หนวย 70S จะแตกตัวออกเปน 50Sและ 30S แตถาไอออนมีความเขมขนสูงถึง 1.0 mM ก็จะพบหนวย 70S และ 100S ดังนี้

หนวยยอย ไรโบโซม พอลิโซม2 (30S) +2 (50S) 2 (70S) 100S

Mg2+ (low) Mg2+ (low)ไรโบโซม 100S นี้เรียกวา พอลิโซม (Polysome) หรือพอลิไรโบโซม (Polyribosome) สวน

ไรโบโซมในพวกยูคาริโอต พบวา มีขนาด 80S ประกอบดวยหนวยยอย 40S และ 60Sส่ิงมีชีวิตหลายชนิดมีดีเอ็นเอประมาณ 0.3 เปอรเซ็นตที่ทําหนาที่ควบคุมการสังเคราะห

อารเอ็นเอไรโบโซม ในแมลงหวี่พบวา ดีเอ็นเอที่มีหนาที่สังเคราะหไรโบโซม อยูบริเวณนิวคลีโอลาร ออรแกไนเซอร (Nucleolar organizer)หนาท่ีของอารเอ็นเอ

หลังจากที่ขอมูลในดีเอ็นเอถูกถายทอดไปเปนอารเอ็นเอแลว ก็จะถูกนําไปใชสําหรับการสรางหรือสังเคราะหโปรตีนตอไป (ดูรายละเอียดในบทเรียนที่ 2.2)

ในกรณีที่อารเอ็นเอเปนสารพันธุกรรม เชน อารเอ็นเอของไวรัสบางชนิด อารเอ็นเออาจถายทอดขอมูลใหดีเอ็นเอกอนการสรางหรือสังเคราะหโปรตีนก็ได

3.1.2 การสังเคราะหโปรตีนการลอกรหัส

ดังไดกลาวมาแลววา สารพันธุกรรมของยูคาริโอตเปนดีเอ็นเอ สวนในพวกโพรคาริโอตบางชนิดสารพันธุกรรมเปนดีเอ็นเอ แตบางชนิดเปนอารเอ็นเอ อยางไรก็ตามทุกเซลลที่มีดีเอ็นเอตองถายทอดขอมูลพันธุกรรมผานอารเอ็นเอนํารหัสโดยมีอารเอ็นเอถายโอน และอารเอ็นเอ ไรโบโซมชวยดวย

อารเอ็นเอทุกชนิด (mRNA , tRNA และ rRNA) ภายในเซลลสรางมาจากดีเอ็นเอแมแบบลําดับการเปลี่ยนดีเอ็นเอจะถูกลอก (Transcribe) มาเปนลําดับของเบสในอารเอ็นเอ

93

กระบวนการสรางอารเอ็นเอ (ดูภาพที่ 2-15) จะเริ่มจากเอนไซมดีเอ็นเอ – ดีเพนเดนตอารเอ็นเอพอลิเมอเรส (DNA – dependent RNA polymerase) หรือเรียกสั้น ๆ วา อารเอ็นเอ พอลิเมอเรส (RNA polymerase) จับกับเบสที่เปนสวนเริ่มตนของดีเอ็นเอ ที่เรียกวา โพรโมเตอร (Promoter)ทําใหโปรตีนที่หอหุมดีเอ็นเอหลุดออก สายของดีเอ็นเอคลายเกลียวแยกออกจากกัน จากนั้นจึงเริ่มการสรางอารเอ็นเอทําใหนิวคลีโอไทดของอารเอ็นเอเชื่อมตอกันเปนสาย พอลินิวคลีโอไทดโดยอาศัยเอนไซมอารเอ็นเอ พอลิเมอเรส การสรางอารเอ็นเอจะสิ้นสุดลงตองอาศัยโรว แฟกเตอร (Rho factor , ρ factor ) ที่เปนโปรตีน จะชวยปลดดีเอ็นเอแมแบบ และอารเอ็นเอที่สรางใหมออกไป เมื่อสรางอารเอ็นเอเสร็จแลว ดีเอ็นเอทั้งสองสายจะจับเปนเกลียวคูเหมือนเดิม

ภาพที่ 3-15 กระบวนการสรางอารเอ็นเอจากดีเอ็นเอแมพิมพ (Campbell. 1993 : 323)ดังไดกลาวมาแลววาอารเอ็นเอจะถูกสรางจากดีเอ็นเอที่ใชเปนแมแบบเพียงสายหนึ่งเทานั้น

ลําดับของเบสในอารเอ็นเอจึงเหมือนกับลําดับของเบสในสายดีเอ็นเอที่อยูตรงขามกับสายที่ใชเปนตนแบบ และมีเบสยูราซิลแทนไทมีน นั่นหมายความวา เบสของดีเอ็นเอที่เปนอะดีนีน จะมีนิวคลีโอไทดของอารเอ็นเอที่มีเบสยูราซิลเขามาจับแทนที่จะเปนเบสไทมีน กระบวนการสรางอารเอ็นเอนํารหัส จะมีช่ือเรียกเฉพาะวา กระบวนการลอกรหัสพันธุกรรม (Transcription) เพราะ อารเอ็นเอนํารหัส จะนําเอาขอมูลทางพันธุกรรมที่ไดรับการลอกจากดีเอ็นเอ ไปถายทอดออกมาเปนรหัสพันธุกรรมที่ใชสําหรับควบคุมการสังเคราะหโปรตีนตอไปรหัสพันธุกรรม

รหัสพันธุกรรม (Genetie code) คือ ลําดับของเบสบนอารเอ็นเอนํารหัส ที่จะกําหนดชนิดและลําดับของกรดอะมิโนในโมเลกุลของโปรตีน ซ่ึงเปนเหมือนพจนานุกรมที่แปลคําของภาษาหนึ่งมาเปนคําในอีกภาษาหนึ่ง

จากการศึกษาพบวา กรดอะมิโนที่เปนองคประกอบหนวยยอยของโปรตีนมีอยู 20 ชนิด แตเบสที่เปนองคประกอบของดีเอ็นเอมีเพียง 4 ชนิด จึงเปนไปไมไดที่เบสแตละชนิดจะเปนรหัสของกรดอะมิโนแตละชนิด และถาใหเบส 2 โมเลกุลเปนรหัสของกรดอะมิโนหนึ่งชนิดก็ไม เพียงพอที่จะเปนรหัสใหแกกรดอะมิโน 20 ชนิด เพราะเบส 2 โมเลกุลจะเรียงลําดับแตกตางกันไดเพียง 16 แบบเทา

94

นั้น แตถาเบส 3 โมเลกุล จะเรียงลําดับแตกตางกันได 64 แบบ ซ่ึงเกินกวาจํานวนชนิดของกรดอะมิโนแตก็เปนไปไดมากกวาเบส 1 โมเลกุล หรือ 2 โมเลกุล

ใน ป ค.ศ. 1951 มารเชลล วารเรน นิเรนเบิรก (Marshall Warren Nirenberg) และ เอช โกไบนด โครานา (H. Gobind Khorana) ไดเสนอวา กรดอะมิโนแตละชนิดถูกควบคุมดวยรหัสพันธุกรรมที่ประกอบดวย เบส 3 โมเลกุล จึงเรียกวา รหัสตติยะ (Triplet code) หรือโคดอน (Codon) (ดูตารางที่ 2-4) และไดคนพบรหัสพันธุกรรมรหัสแรก คือ UUU ซ่ึงเปนรหัสของ กรดอะมิโนชื่อ เฟนิลอะลานีน (Phenylalanine) ตอมาไดมีการคนพบรหัสพันธุกรรมเพิ่มขึ้นเรื่อย ๆ จนกระทั่งในป ค.ศ. 1956 พบรหัสถึง 61 รหัส ยังขาด 3 รหัส ที่จะครบ 64 รหัส คือ UAA , UAG และ UGA ที่ไมพบวาเปนรหัสของกรดอะมิโนชนิดใด แตภายหลังพบวา รหัสทั้งสามนี้ทําหนาที่หยุดการสังเคราะหโปรตีน และยังพบวา AUG ซ่ึงเปนรหัสของกรดอะมิโนเมไทโอนีน (Methionine) ทําหนาที่เปนรหัสตั้งตนของการสังเคราะหโปรตีนตารางที่ 3-4 รหัสพันธุกรรมในอารเอ็นเอนํารหัสของสิ่งมีชีวิต

รหัสพันธุกรรม กรดอะมิโน ตัวยอGCU , GCC , GCA , GCG Alanine AlaAGA , AGG , CGU , CGC , CGA , CGG Arginine ArgAAU , GAC Asparagine AsnGAU , GAC Aspartic acid AspUGU , UGC Cysteine CysGAA . GAG Glutamic acid GluCAA . CAG Glutamine GinGGU . GGC . GGA . GGG Glycine GlyCAU . CAC Histidine HisAUU . AUC . AUA Isoleucine IleUUA , UUG , CUU , CUC , CUA , CUG Leucine LeuAAA , AAG Lysine LysAUG (Start) Methionine MetUUU , UUC Phenylalanine PheCCU , CCC , CCA , CCG Proline ProUCU , UCC , UCA , UCG , AGU , AGU Serine SerACU , ACC , ACA , ACG Threonine Thr

UGG Tryptophane Trp UAU , UAC Tyrosine Tyr GUU , GUC , GUA , GUG Valine Val UAA , UAG , UGA (Stop) - -

95

นอกจากนี้ถาสังเกตจากตารางที่ 3-4 จะพบวา กรดอะมิโนชนิดหนึ่งอาจมีรหัสไดมากกวาหนึ่งรหัส โดยอาจมีรหัสเปน 2 , 3 , 4 หรือ 6 ชนิด เชน CUU , CUC , CUA และ CUG เปนรหัสของกรดอะมิโนชนิดลิวซีน (Leucine) เปนตน มีกรดอะมิโนเพียง 2 ชนิด เทานั้นที่มีรหัสเพียงรหัสเดียว คือ เมไทโอนีน (Methionine) ซ่ึงเปนกรดอะมิโนที่ใชเร่ิมตนสังเคราะหโปรตีน โดยมีรหัสเปน AUG และ ทริปโทเฟน (Tryptophan) มีรหัสเปน UGG รหัสพันธุกรรมเหลานี้จะเปนตัวกําหนดให อารเอ็นเอถายโอน นํากรดอะมิโนมายังอารเอ็นเอนํารหัส โดยสวนหนึ่งของอารเอ็นเอถายโอนจะมีรหัสโตตอบกับโคดอนบนอารเอ็นเอนํารหัส ซ่ึงเรียกวา ตัวถอดรหัส ดังไดกลาว มาแลวในหัวขอที่ 2.1.2 ตัวอยางเชน ถา โคดอนของอารเอ็นเอนํารหัส เปน CUA ตัวถอดรหัสของอารเอ็นเอถายโอนจะเปน GAU เปนตน (ดังภาพที่ 3-16)

ภาพที่ 3-16 แสดงตัวถอดรหัสบนอารเอ็นเอถายโอน ซ่ึงมีรหัสโตตอบกับโคดอนบน อารเอ็นเอนํารหัส (Johnson. 1997 : 145)นอกจากนี้เคยมีความเชื่อวา เซลลทุกชนิดใชรหัสพันธุกรรมชุดเดียวกันทั้งหมด คือ เปนรหัส

สากล (Universal) แตตอมาพบวามีขอยกเวนสําหรับบางกรณี เชน รหัสพันธุกรรมใน ไมโทคอนเดรียของมนุษย สัตว และพืชแตกตางจากที่แสดงในตาราง 2-4 เล็กนอย เชน AUA ใชเปนรหัสของเมไทโอนีน (Methionine) แทนที่จะเปนรหัสของไอโซลิวซีน (Isoleucine)การแปลรหัส

หลังจากการสรางอารเอ็นเอในกระบวนการลอกรหัสพันธุกรรมซึ่งเกิดขึ้นภายในนิวเคลียสแลว อารเอ็นเอก็จะถูกสงออกไปที่ไซโทพลาสซึม เพื่อเขาสูกระบวนการแปลรหัสพันธุกรรม หรือการสังเคราะหโปรตีนตอไปเปนขั้น ๆ ดังนี้

1. การนํากรดอะมิโนมาสรางโปรตีนกรดอะมิโนอิสระภายในเซลลจะจับกับอารเอ็นเอถายโอน เรียกวาอะมิโนเอซิล ทีอารเอ็นเอ

(Aminoacyl tRNA) หรือกลาวไดวาอารเอ็นเอถายโอน ทําหนาที่เปนตัวพา (Carrier) กรดอะมิโนมาใช

96

ในการสังเคราะหโปรตีน โดยปลายดาน 3′ - OH ของอารเอ็นเอถายโอน เปนที่ ๆ จะจับกับกรดอะมิโน (ดูภาพที่ 2-16 ประกอบ) ซ่ึงตองอาศัยพลังงาน ATP และเอนไซมอะมิโนเอซิล–ทีอารเอ็นเอ ซินเทเทส (Aminoacyl – tRNA synthetase) เร่ิมจากเอนไซมอะมิโนเอซิล – ทีอารเอ็นเอ ซินเทเทสนํากรดอะมิโนไปจับกับ ATP เกิดการปลดปลอยไพโรฟอสเฟต (Pyrophosphate) จากนั้นอารเอ็นเอถายโอนที่มีรหัสโตตอบคูกับกรดอะมิโนจะเขามาจับกับเอนไซม โดยอาศัยพลังงาน ATP เปนผลใหรูปรางของเอนไซมเปลี่ยนไปเหมาะกับการจับของอารเอ็นเอถายโอนทําใหกรดอะมิโนจับกับ อารเอ็นเอถายโอนได (ภาพที่ 3-17)

ภาพที่ 2-17 แสดงการเกิดอะมิโนเอซิล – ทีอารเอ็นเอ (Campbell. 1993 : 327)

2. การเริ่มตนแปลรหัสพันธุกรรมเร่ิมดวยอารเอ็นเอนํารหัสจับกับไรโบโซมหนวยยอยขนาด 30S ตรงรหัสเริ่มแปล (AUG)

(ภาพที่ 2-18 ก.) จากนั้นอะมิโนเอซิล ทีอารเอ็นเอชื่อ เมไทโอนีน ทีอารเอ็นเอ (Methionine tRNA) เขามาจับตรงรหัสเริ่มตน (ภาพที่ 2-18 ข.) แลวไรโบโซมหนวยยอยขนาด 50S เขามารวม กลายเปนไรโบโซมขนาด 70S ทําใหเกิดตําแหนงของการจับบนไรโบโซม 2 ตําแหนงคือ ตําแหนงเพปไทด (Peptidyl site หรือ P-site) กับตําแหนงอะมิโน (Aminoacyl Site หรือ A-site) ที่พรอมจะรับ อารเอ็นเอถายโอนที่จับกับกรดอะมิโนตัวตอไป (ภาพที่3-18 ค.)

97

ก. ข. ค.ภาพที่ 3-18 การเริ่มตนแปลรหัสพันธุกรรม

(Arms and Camp. 1991 : 169)3. การสรางสายพอลิเพปไทดอะมิโนเอซิล ทีอารเอ็นเอ ที่มีแอนติโคดอนถูกตองสําหรับโคดอนชุดที่สองถัดไป จะเขามาจับ

ที่ตําแหนง A-site (ภาพที่ 3-19 ก.) จากนั้นจะเกิดการสรางพันธะเพปไทด (ภาพที่ 3-19 ข.) ทําใหกรดอะมิโนตัวแรกหลุดจากอารเอ็นเอถายโอน หลังจากนั้นอารเอ็นเอถายโอนที่มีกรดอะมิโนตัวที่สองก็จะเคลื่อนยาย (Translocate) จาก A-site ไปอยูที่ P-site ไลที่อารเอ็นเอถายโอนที่ ไมมีกรดอะมิโน (ภาพที่ 3-19 ค.) แลวอะมิโนเอซิล ทีอารเอ็นเอ ที่จะจับกับโคดอนถัดไปก็มาจับที่ A-site ตามดวยการสรางพันธะเพปไทด และการเคลื่อนยายจาก A-site ไปอยูที่ P-site ดังไดกลาวมาแลว กระบวนการนี้จะเกิดขึ้นซ้ํา ๆ กันไปจนไดสายพอลิเพปไทดเปนสายยาว

ก. ข. ค.ภาพที่ 3-19 การสรางสายพอลิเพปไทด

(Arms and Camp. 1991 : 169)

98

4. การสิ้นสุดการสรางสายพอลิเพปไทดเมื่อการสรางสายพอลิเพปไทดจากรหัสพันธุกรรมดําเนินมาจนถึงโคดอนชุดที่ทําหนาที่เปน

สัญญาณใหหยุด (UAA , UAG หรือ UGA) (ภาพที่ 3-20 ก.) การสรางสายพอลิเพปไทดก็จะหยุด เนื่องจากจะไมมีอารเอ็นเอถายโอนที่มีแอนติโคดอนที่จะมาจับกันโคดอนเหลานี้ ขณะเดียวกันจะมีโปรตีนที่มีช่ือวา แฟกเตอรปลดปลอย (Releasing factor หรือเรียกสั้น ๆ วา R factor) เขามาจับตรงตําแหนงA-site ทําใหเกิดการปลดปลอยสายพอลิเพปไทดออกจากอารเอ็นเอถายโอน (ภาพที่ 3-20 ข.) หนวยยอยของไรโบโซมหลุดออกจากอารเอ็นเอนํารหัส (ภาพที่ 3-20 ค.) และพบวาขณะที่สายพอลิเพปไทดยังติดอยูกับไรโบโซม จะมีการทําลายกรดอะมิโนตัวแรก และเกิดการขดตัวเพื่อเปลี่ยนเปนโครงสรางทุติยภูมิ ตติยภูมิ และจตุรภูมิ (Secondary , Tertiary and Quaternary structure) ใหเหมาะสมกับหนาที่ตอไป

ภาพที่ 3-20 การ (Ar

สรุปไดวา กระบนํารหัส เร่ิมจากโคดอนนอกจากนี้อารเอ็นเอนํารหลายสายพรอมกันอา(Polyribosome) แตถาอาพอลิเพปไทดชนิดเดียว โคดอนเริ่มตนหลาย โคพอลิซิสตรอนิก (Polycis

.

ก

สิ้นสุดการสรางลาms and Camp. 19

วนการแปลรหัสพ AUG ไปตามทิศหัสหนึ่งสายอาจจร เอ็นเอนํารหัสทรเอ็นเอนํารหัสมีโค

จึงเรียกวามีจีนเดียดอนก็จะสรางสายtronic)

ข.

ยพอลิเพปไทด91 : 170)

ันธุกรรมไรโบโซมจะเคลื่อน 3′ และไปหยุด ที่ UAA , ะมีไรโบโซมเรียงกันเปนชี่มีไรโบโซมจับอยู เปนชดอนเปนสัญญาณเริ่มตนเพวหรือมอนอซิสตรอนิค (Moพอลิเพปไทดไดหลายชนิด

ค.

ที่ไปตามสายอารเอ็นเอUAG หรือ UGAุดทําการสรางสายพอลิเพปไทดุดนี้ เ รียกวา พอลิไรโบโซม ียงโคดอนเดียว ก็จะสรางสายnocistronic) ถามีหลายจีนหรืออารเอ็นเอนํารหัสนั้น ก็เรียกวา

99

กระบวนการแปลรหัสพันธุกรรมเกิดขึ้นอยางรวดเร็ว เชน ใน E.Coli กรดอะมิโนประมาณ300-400 โมเลกุล จะถูกสงมาแปลรหัสพันธุกรรมภายในเวลา 10-20 วินาทีเทานั้น

นอกจากนี้พบวายาปฏิชีวนะ (Antibiotic) หลายชนิดสามารถยับยั้งการสังเคราะหโปรตีนไดเชน สเตรปโตมัยซิน (Streptomycin) เตตราซัยคลิน (Tetracyclin) คลอแรมเฟนิคอล(Chloramphenical) ไซโคลเฮกซาไมด (Cyclohexamide) อีริโทรมัยซิน (Erythromycin) และพิวโรมัยซิน (Puromycin) เปนตน ซ่ึงทําใหสามารถใชยาปฏิชีวนะฆาแบคทีเรียได โดยยาปฏิชีวนะแตละชนิดจะยับยั้งการสรางโปรตีนในขั้นตอนตาง ๆ กัน และมีผลตอเซลลโพรคาริโอต และยูคาริโอตตางกันดวย (ดูตารางที่ 3-5)ตารางที่ 3-5 ยาปฏิชีวนะที่ยับยั้งการสรางโปรตีน

ยาปฏิชีวนะ การทํางาน ประเภทเซลลที่ถูกยับยั้งสเตรปโตมัยซิน ยับยั้งการเริ่มสรางโปรตีนและทําใหการอาน

รหัสบนอารเอ็นเอนํารหัสผิดไปโพรคาริโอต

เตตราซัยคลิน จับกับไรโบโซมเพื่อขัดขวางการจับของอะมิโนเอซิล-ทีอารเอ็นเอ(aminoacyl-tRNA)

โพรคาริโอต

คลอแรมเฟนิคอล ยับยั้งการทํางานของเอนไซมที่ชวยในการเล่ือนของไรโบโซมไปบนอารเอ็นเอนํารหัส

โพรคาริโอต

ไซโคลเฮกซาไมด ยับยั้งการทํางานของเอนไซมที่ชวยในการเล่ือนของไรโบโซมไปบนอารเอ็นเอนํารหัส

ยูคาริโอต

อีริโทรมัยซิน จับกับไรโบโซมทําใหขัดขวางการเคลื่อนที่ของไรโบโซมไปบนอารเอ็นเอนํารหัส

โพรคาริโอต

พิวโรมัยซิน ยุติการสรางพอลิ เพปไทดกอนที่จะเสร็จสมบูรณโดยทําหนาที่คลายกับเปนอะมิโนเอซิล-ทีอารเอ็นเอ (aminoacyl-tRNA)

โพรคาริโอตและยูคาริโอต

(มหาวิทยาลัยสุโขทัยธรรมาธิราช. 2535 : 167)

100

101

3.2 ยีนและการทํางานของยีน 3.2.1 พันธุศาสตรเมนเดลการทดลองของเมนเดล

การเปลี่ยนแปลงของสิ่งมีชีวิตทุกชนิดจะมีลําดับที่เหมือนกันคือ การเกิด การเจริญเติบโต และการตายไปในที่สุด แตถึงแมจะมีการตายสิ่งมีชีวิตก็ยังคงดํารงสืบตอเผาพันธุของตนเองมาไดตลอดหลายชั่วอายุหรือรุน (Generation) ตั้งแตอดีตจนกระทั่งปจจุบันและคงจะดําเนินตอไปอีกในอนาคต ที่เปนเชนนี้เนื่องจากสิ่งมีชีวิตมีความสามารถในการถายทอดลักษณะพันธุกรรมจากบรรพบุรุษไปยังลูกหลานไดนั่นเอง โดยท่ีสมัยโบราณมนุษยอาจไมทราบวาลักษณะตางๆ ของสิ่งมีชีวิตถายทอดไปอยางไร ทําไม ส่ิงมีชีวิตแตละชนิดจึงมีลักษณะตางๆ คอนขางเสถียรหรือคงที่ (Stable) เชน บรรพบุรุษของคน สุนัข ไก กุหลาบ และมันสําปะหลัง ฯลฯ ยังคงใหลูกหลาน รุนตาง ๆ เปนคน สุนัข ไก กุหลาบ และมันสําปะหลัง ตามลําดับ เปนตน อะไรเปนสาเหตุทําใหลูกหลานมีความคลายคลึงหรือแตกตางไปจากพอแมหรือบรรพบุรุษ แตปจจุบันความรูทางพันธุศาสตรซ่ึงศึกษาเกี่ยวกับการถายทอดลักษณะพันธุกรรม สามารถอธิบายถึงคุณสมบัติและกรรมวิธีของกลไกการควบคุมลักษณะ การปรากฏและสืบทอดของลักษณะในสิ่งมีชีวิตตางๆ และมนุษยไดประวัติของเมนเดล

นักวิทยาศาสตรทางวิทยาศาสตรชีวภาพผูที่มีผลงานสําคัญเกี่ยวกับการถายทอดลักษณะ พันธุกรรมคือ เกรเกอร โยฮันน เมนเดล (Gregor Johaun Mendel ค.ศ. 1822-1884) ชาวออสเตรีย บิดามารดาเปนชาวนา เมนเดลไดบวชเปนพระนิกายออกัสติน ในเดือนตุลาคม ค.ศ. 1843 ที่ กรุงบรุนน (Brunn) จึงไดช่ือเกรเกอรเพิ่มขึ้นมาเปนชื่อแรกกลายเปน เกรเกอร โยฮันน เมนเดล ตอมาป ค.ศ. 1851-1853 ทางวัดอนุญาตใหเขาไปศึกษาตอสาขาธรรมชาติวิทยาที่มหาวิทยาลัย เวียนนา ณ มหาวิทยาลัยแหงนี้มีอาจารย 2 ทาน ที่มีสวนทําใหเมนเดลกลายเปนนักวิทยาศาสตรที่มีช่ือเสียง ทานแรกคือ คริสเตียน โยฮันน โดปปเลอร (Christion Johaun Dopple ค.ศ. 1803-1853) นักฟสิกสชาวออสเตรีย ผูคนพบหลักการของโดปปเลอร ขณะนั้นเปนอาจารยสอนวิชา วิทยาศาสตรโดยใชคณิตศาสตรวิเคราะหผลการทดลอง ทานที่สองคือ อังเกอร (Unger) นักพฤกษศาสตรผูซ่ึงกระตุนใหเมนเดลหาสาเหตุของความแปรผันในพืช

ภาพที่ 3-21 เกรเกอร โยฮันน เมนเดล บิดาแหงวิชาพันธุศาสตร (Johnson. 1997 : 112)

102

หลังจากจบการศึกษาเมนเดลไดกลับมาสอนอยูที่โรงเรียนในกรุงบรุนนอีก (Campbell, 1993 : 259) ในป ค.ศ. 1856 เมนเดลเริ่มทําการทดลองผสมพันธุถ่ัวลันเตา (Pisum sativum) โดยเก็บรวบรวมพันธุถ่ัวลันเตาหลายพันธุ แลวทําการผสมขามพันธุไปมา จากนั้นก็นําเมล็ดที่ไดจากการผสมพันธุไปปลูกเพื่อสังเกตลักษณะของถั่วลันเตารุนตางๆ เมนเดลใชเวลาในการทดลองนานถึง 7 ป จึงสามารถสรุปผลการทดลองได ในป ค.ศ. 1865 เมนเดลไดเสนอผลการทดลองเรื่อง การทดลองผสมพันธุในพืช (Experiments in Plant Hybridization) ตอที่ประชุมสมาคมธรรมชาติวิทยา (Natural History Society) ณ กรุงบรุนน ปตอมาผลงานของเมนเดลไดถูกตีพิมพในรายงานประจําปของสมาคม เผยแพรไปยังหองสมุดนับเปนรอยแหงทั้งในทวีปยุโรปและสหรัฐอเมริกา แตเปนที่นาเสียใจวาผลงานของเมนเดลไมไดรับความสนใจจากนักวิทยาศาสตรชีวภาพเลย และเมนเดลไดถึงแกกรรมในป ค.ศ. 1884 โดยไมมีโอกาสไดรับทราบวาผลงานของเขาเปนผลงานที่มีความสําคัญไดรับการยอมรับในเวลาตอมา

ป ค.ศ. 1900 หลังจากที่ผลงานของเมนเดลถูกทอดทิ้งอยูนานถึง 34 ป หรือ 16 ป หลังจากที่เขาเสียชีวิตไปแลว กฎเกณฑทางพันธุศาสตรของเมนเดลก็ถูกคนพบโดยนักพฤกษศาสตร 3 ทาน ไดแกฮูโก เด ฟรีส (Hugo De Vries ค.ศ. 1848-1935) ชาวฮอลันดา คารล เอริช คอเรนส (Karl Erich Corrensค.ศ. 1864-1933) ชาวเยอรมัน และ เอริช แชรมารค ฟอน ไซเซเนกส (Erich Tschermark VonSeysenegg ค.ศ. 1871-1962) ชาวออสเตรีย จากนั้นเปนตนมาเมนเดลจึงไดรับเกียรติยกยองใหเปนบิดาแหงวิชาพันธศุาสตร (ภาพท่ี 3-21) การศึกษาเกี่ยวกับการถายทอดพันธุกรรมก็ไดรับความสนใจแพรหลายไปอยางรวดเร็วการผสมลักษณะเดียว

เมนเดลไดเลือกถ่ัวลันเตามาใชในการทดลอง เพราะพืชชนิดนี้มีขอดีหลายอยางไดแก หางาย ปลูกงาย เล้ียงงาย โตเร็ว มีความตานทานโรคสูง ใหลูกมาก ดอกเปนดอกสมบูรณเพศ คือ มีทั้งเกสรตัวผูและเกสรตัวเมียอยูภายในดอกเดียวกัน (ดูภาพที่ 3-22) วงชีวิตสั้น มีลักษณะที่แตกตางกันหลายลักษณะ แตเมนเดลเลือกศึกษาเฉพาะลักษณะที่สังเกตไดงาย

ก. ภาพถาย ข. ภาพวาดภาพที่ 3-22 ลักษณะดอกถั่วลันเตา

(Johnson. 1997 : 113)

Petals

AntherStigma

103

จากการที่ดอกถั่วลันเตาเปนดอกสมบูรณเพศ จึงสามารถถายละอองเกสรภายในดอกเดียวกันได (Self-pollinated) แตก็สามารถทําการผสมพันธุขามดอกหรือขามตนได โดยตัดอับเรณู (Anther) ซ่ึงภายในมีละอองเกสรตัวผู (Stamen) ทิ้งกอนที่จะมีการถายละอองเรณูภายในดอกเดียวกัน ตอจากนั้นจึงนําละอองเกสรตัวผูจากดอกอื่นมาผสมตามที่ตองการ ทั้งนี้เพื่อใหมั่นใจวาเมื่อนําเมล็ดถ่ัวลันเตาที่ไดไปเพาะเปนตนใหมเกิดจากพอพันธุและแมพันธุที่คัดเลือกมาเทานั้น

ขั้นตอนการทดลองการผสมลักษณะเดียวเมนเดลไดทําการทดลอง แบงเปน 3 ขั้นตอน ดังนี้ขั้นท่ี 1 เตรียมเมล็ดถ่ัวลันเตาที่เปนพอพันธุและแมพันธุ เรียกวา รุนพอแม = P (Parental

generation) ซ่ึงเปนพันธุแท ที่ไดจากการผสมพันธุในดอกเดียวกันหลายๆ รุน โดยลูกทุกรุนจะมีลักษณะทุกอยางเหมือนเดิม เมนเดลเลือกศึกษาเฉพาะลักษณะที่สังเกตไดงายและชัดเจนทีละลักษณะ พบวาแตละลักษณะจะมีความสามารถในการแสดงลักษณะนั้น ๆ ออกมาเปน 2 แบบ เชนความสงูของลําตนจะมีลักษณะตนสูงกับตนเตี้ย รูปรางฝกจะมีลักษณะฝกอวบกับแฟบ สีดอกจะมีดอกสีมวงกับดอกสีขาว เปนตน พรอมทั้งติดตามดูการถายทอดลักษณะเฉพาะนั้นๆ เมนเดลไดเลือกศึกษาคูของลักษณะที่แตกตางกันอยางเดนชัด 7 ลักษณะดังนี้

1. สีดอก (Flower color) มีดอกสีมวง (Purple) และดอกสีขาว (White)2. สีเมล็ด (Seed color) มีเมล็ดสีเหลือง (Yellow) และเมล็ดสีเขียว (Green)3. รูปรางเมล็ด (Seed shape) มีเมล็ดกลม (Round) และเมล็ดขรุขระ (Wrinkled)4. สีฝก (Pod color) มีฝกสีเขียว (Green) และฝกสีเหลือง (Yellow)5. รูปรางฝก (Pod shape) มีฝกอวบ (Inflated) และฝกแฟบ (Constricted)6. ตําแหนงที่เกิดดอก (Flower position) มีดอกเกิดที่ลําตน (Axial) และดอกเกิดที่

ปลายยอด (Terminal)7. ความสูงของลําตน (Stem lenght) มีตนสูง (Tall) และตนเตี้ย (Dwarf)ขั้นท่ี 2 ผสมพันธุถ่ัวลันเตารุนพอแม ที่มีลักษณะแตกตางกันเปนคู ๆ ผลปรากฏวาลูกผสม

(Hybrid) รุนที่ 1 = F1 (First filial generation) ซ่ึงมาจากภาษาลาตินหมายถึง ลูกชาย ลูกสาว มีเพียงลักษณะเดียว ดังตัวอยางการผสมพันธุถ่ัวลันเตาในรุนพอแมใชเมล็ดสีเหลืองผสมกับเมล็ดสีเขียว รุนที่1 ไดถ่ัวลันเตาเมล็ดสีเหลือง (ภาพที่ 3-23)

ภาพที่ 3-23 แสดงสีเมล็ดถ่ัวลันเตารุนที่ 1 ซ่ึงไดจากการผสมของรุนพอแมพันธุแท เปนสีเหลืองทั้งหมด

(Bierer. 1985 : 377)

104

ขั้นท่ี 3 ใหรุนแรกผสมกันเอง จนไดลูกผสมในรุนที่ 2 = F2 (Second filial generation) ผลปรากฏวา รุนที่ 2 มีลักษณะที่ปรากฏในพันธุพอแมทั้ง 2 ลักษณะ (ดูตารางที่ 3-6 )

ตารางที่ 3-6 แสดงผลการทดลองผสมพันธุถ่ัวลันเตาที่เปนการผสมลักษณะเดียว ของเมนเดล

รุนพอแม ลักษณะลูกผสมลักษณะ

ที่ลักษณะ ลักษณะ รุนที่ 1 รุนที่ 2

ทดลอง เดน ดอย จํานวน (ตน) อัตราสวน

สีดอก สีมวง สีมวง 705 สีมวง : สีขาวทั้งหมด สีขาว 224 = 3.11 : 1

สีเมล็ด สีเหลือง สีเหลือง 6,022 สีเหลือง : สีเขียวทั้งหมด สีเขียว 2,001 = 3.01 : 1

รูปราง กลม กลม 5,474 กลม : ขรุขระเมล็ด ทั้งหมด ขรุขระ 1,850 = 2.96 : 1

สีฝก สีเขียว สีเขียว 428 สีเขียว : สีเหลืองทั้งหมด สีเหลือง 152 = 2.82 : 1

รูปรางฝก

อวบทั้งหมด

อวบ 882แฟบ 299

อวบ : แฟบ= 2.95 : 1

ตําแหนง เกิดที่ เกิดที่ลําตน 651 เกิดที่ลําตน :

ที่เกิดดอก

ลําตนทั้งหมด

เกิดที่ปลายยอด 207

เกิดที่ปลายยอด= 3.14 : 1

ความสูงของ

สูงทั้งหมด

สูง 787เตี้ย 277

สูง : เตี้ย= 2.84 : 1

ลําตน

รวม 14,889 : 5,010 2.98 : 1(Johnson. 1997 : 114)

105

จากผลการทดลองของเมนเดลจะเห็นไดวา อัตราสวนของรุนที่2 ระหวางลักษณะเดน :ลักษณะดอยเฉลี่ย = 2.98:1 เมื่อทําใหเปนอัตราสวนอยางต่ําจะได 3:1 และอาจกลาวไดวา ความสําเร็จของเมนเดล นอกจากขึ้นอยูกับการที่รูจักเลือกชนิดของพืช รูจักคัดเลือกลักษณะที่จะใชผสมพันธุแลวเมนเดลยังใชตนถ่ัวลันเตาในการทดลองเปนจํานวนมาก เพราะถาใชตนถ่ัวลันเตาในการทดลองจํานวนนอย อาจจะทําใหอัตราสวนของลักษณะเดน:ลักษณะดอย รุนที่2 เปนอัตราสวนที่ไมใช 3:1 ก็อาจเปนได โดยอาจจะเปน 1:1 เรียกการผสมพันธุที่กลาวมาแลวขางตนวา การผสมลักษณะเดียว (MonohybridCross) (Mix, Farber and King. 1992 : 208)

เมนเดลไดสรุปผลการทดลองการผสมลักษณะเดียวดังนี้1. พันธุกรรม (Heredity) ทุกลักษณะมีอยูภายในเซลลของสิ่งมีชีวิตทุกเซลล แตละลักษณะมี

หนวยเฉพาะทําหนาที่ควบคุมหรือกําหนดลักษณะ โดยเรียกหนวยกําหนดลักษณะวา“แฟกเตอร” (Factor) ซ่ึงตอมาภายหลังถูกเรียกวา จีน (Gene) เชน ถ่ัวลันเตาดอกสีมวงจะมีจีนดอกสีมวงเปนตัวกําหนด และถ่ัวลันเตาดอกสีขาวก็จะมีจีนดอกสีขาวเปนตัวกําหนด

2. ลักษณะของสิ่งมีชีวิตที่แสดงออกไดทุกรุนและมากกวา เรียกวา ลักษณะเดน (Dominant)สวนลักษณะที่ไมแสดงออกทุกรุนและแสดงออกไดนอยกวา เรียกวา ลักษณะดอย(Recessive)

3. ทุกลักษณะของสิ่งมีชีวิตจะมีจีนที่กําหนดลักษณะอยูกันเปนคูๆ อาจเปนจีนที่กําหนดลักษณะเดนทั้งคู หรือลักษณะดอยทั้งคู หรือลักษณะเดนคูกับลักษณะดอย การที่ เมนเดลใหเหตุผลเชนนี้ เพราะตนถ่ัวลันเตาทุกตนในรุนที่1 ซ่ึงแสดงลักษณะเดนอยางเดียวนั้น สามารถใหลูกที่มีลักษณะเดนและลักษณะดอยในรุนที่ 2 ได แสดงวาตน

ถ่ัวลันเตาในรุนที่ 1 จะตองมีจีนที่กําหนดลักษณะเดนและลักษณะดอยอยูกันเปนคูๆ จีนที่กําหนดลักษณะดอยจะไมแสดงออกในรุนที่ 1 แตจะปรากฏใหเห็นในรุนที่ 2

การผสมสองลักษณะเมนเดลยังไดทําการทดลองโดยการนําเอาลักษณะสองลักษณะมาพิจารณาพรอมกัน วิธีการนี้

เรียกวา การผสมสองลักษณะ (Dihybrid cross) ตัวอยางเชน เอาตนถ่ัวลันเตาเมล็ดกลมสีเหลืองซึ่งเปนพันธุแทผสมกับตนถ่ัวลันเตาเมล็ดขรุขระสีเขียวพันธุแทเชนกัน ปรากฏผลการทดลองดังนี้ รุน P : เมล็ดกลมสีเหลือง (พันธุแท) x เมล็ดขรุขระสีเขียว (พันธุแท) ↓ รุน F1 : เมล็ดกลมสีเหลืองทั้งหมด

F1 x F1รุน F2 : เมล็ดกลมสีเหลือง เมล็ดกลมสีเขียว เมล็ดขรุขระสีเหลือง เมล็ดขรุขระสีเขียว

จํานวนตน 315 108 101 32อัตราสวน 9 : 3 : 3 : 1

นอกจากการผสมหนึ่งลักษณะและการผสมสองลักษณะ ดังกลาวมาแลว เมนเดลยังไดทดลองศึกษาการผสมสามลักษณะ (Trihybrid cross) เพิ่มเติมอีก ผลการทดลองปรากฏวา ในรุนที่ 2 มีลักษณะแตกตางกัน 8 ลักษณะ อัตราสวนเปน 27:9:9:9:3:3:3:1จีโนไทปและฟโนไทป

จากสรุปผลการทดลองการผสมลักษณะเดียวของเมนเดลที่กลาววา ทุกลักษณะของส่ิงมีชีวติมีจีนที่กําหนดลักษณะเปนคู ๆ เพื่อความสะดวกในการศึกษาและงายตอการทําความเขาใจนิยมกําหนดใหใชสัญลักษณตัวอักษรภาษาอังกฤษแทนจีน ซ่ึงมักจะนํามาจากศัพทภาษาอังกฤษที่เปน

106

ลักษณะเดน โดยใชอักษรตัวใหญแทนจีนที่กําหนดลักษณะเดน และใชอักษรตัวเล็กแทนจีนที่กําหนดลักษณะตาง ๆ อยูเปนคู ๆ และทํางานรวมกัน จึงเขียนสัญลักษณเปนอักษรคูกัน เชน PP,Pp และ ppเปนตน จีนแตละจีนภายในคูนั้น เรียกวา คูจีน (Allele) คูของจีนดังกลาวเรียกวา จีโนไทป (Genotype)สวนลักษณะที่เราเห็นจากภายนอก เรียกวา ฟโนไทป (Phenotypoe) เชน ลักษณะถ่ัวลันเตาดอกสีมวง และดอกสีขาว

ถาจีโนไทปมีจีนคูเหมือนกัน อาจเปนคูจีนลักษณะเดนทั้งคูหรือลักษณะดอยทั้งคูก็ได เชน PPหรือ pp เรียกวา ฮอมอไซกัส (Homozygous) แตถาจีโนไทปมีจีนทั้งคูแตกตางกัน เชน Pp เรียกวา เฮเทอโรไซกัส (Heterozygous) คูจีนแตละลักษณะของสิ่งมีชีวิตจีนหนึ่งไดรับจากพอ สวนอีกจีนหนึ่งไดรับจากแม เมื่อเขาสูวัยเจริญพันธุคูจีนก็จะถูกแยกออกจากกันในกระบวนการสรางเซลลสืบพันธุทําใหเซลลสืบพันธุมีจีนเพียงตัวเดียว การแสดงออกของคูจีนที่เปนเฮเทอโรไซกัส เฉพาะจีนเดนเทานั้นที่สามารถแสดงลักษณะออกมาได สวนจีนดอยไมสามารถแสดงออกได

การหาจีโนไทปและฟโนไทปการผสมลักษณะเดียววิธีที่นิยมใชกันมี 2 วิธี คือ1. วิธีการใชแผนภาพ เราสามารถเขียนแผนภาพแสดงวิธีผสมเซลลสืบพันธุเพื่อใชอธิบายผล

การทดลองของเมนเดลที่เปนการผสมลักษณะเดียว จากตวัอยางของการผสมพันธุถ่ัวลันเตาดอกสีมวงกับดอกสีขาว โดยใชสัญลักษณของจีนไดดังนี้ (ภาพที่ 3-24)

รุนพอแม (P) : ฟโนไทป ดอกสีมวง (♀) ดอกสีขาว (♂) จีโนไทป PP × pp ↓ ↓ เซลลสืบพันธุ P p

รุนที่ 1 (F1) : จีโนไทป Pp ฟโนไทป ดอกสีมวงทั้งหมดF1 ผสมกันเอง F1 F1

จีโนไทป Pp × Pp

เซลลสืบพันธุ ½ P , ½ p ½ P , ½ p

รุนที่ 2 (F2) : จีโนไทป PP Pp Pp pp

¼ 2/4 ¼ ฟโนไทป ดอกสีมวง ดอกสีมวง ดอกสีขาว

นั่นคือ รุนที่ 2 มีอัตราสวนฟโนไทป ดอกสีมวง : ดอกสีขาว = 3 : 1

ภาพที่3-24 การใชแผนภาพอธิบายผลการทดลองการผสมพิจารณาลักษณะเดียว

107

อัตราสวนของลักษณะฟโนไทป ในรุนที่2 ดังตัวอยางขางบน เกิดจากการผสมกันแบบสุม(Random) ระหวางละอองเกสรตัวผูซ่ึงเปนเซลลสืบพันธุของพอและไขซ่ึงเปนเซลลสืบพันธุของแม

2. วิธีการใชตารางพันเนตต (Punnett-square method หรือ Checkerboard)การอธิบายผลการทดลองของเมนเดล นอกจากใชแผนภาพดังที่กลาวมาแลว เรายังสามารถทําไดดวยการใชตารางพันเนตต โดยมีหลักการอธิบายดังนี้

2.1 ใสเซลลสืบพันธุของพอหรือแมลงในตารางแนวนอน และใสเซลลสืบพันธุของอีกฝายลงในตารางแนวตั้ง ดังตัวอยางขางลาง ใหถ่ัวลันเตาดอกสีมวงผสมกับ ดอกสีขาว (ภาพที่ 3-25)

ภาพที่ 3-25 การใสเซลลสืบพันธุของพอและแมลงในตารางพันเนตต

2.2 ใสจีโนไทปของรุนที่ 1 ซ่ึงเกิดจากการรวมกันของเซลลสืบพันธุของพอและแมลงในแตละชองของตารางตามลําดับ (ดูภาพที่ 3-6)

ภาพที่ 3-26 การใสจีโนไทปรุนที่ 1 ซ่ึงเกิดจากการรวมกันของเซลลสืบพันธุของพอและแม

แม

p

Pพอ P

p

P PP P

Ppp Pp Pp

Pp Pp

Pp Pp

Pp

Pp Pp

P

p

p

pP

p

p

p

P P

p

108

จากภาพที่ 3-26 จะเห็นไดวา F1 มีจีโนไทปเปน Pp ทั้งหมด และฟโนไทปเปนดอกสีมวงทั้งหมด

เมื่อเอา F1 ผสมกันเองหาอัตราสวนจีโนไทปในรุนที่ 2 โดยใชวิธีการเดียวกับ 2.1 และ 2.2 จะได PP : Pp : pp = 1 : 2 : 1 นั่นคือ รุนที่ 2 มีอัตราสวนจีโนไทปเปน ฮอมอไซกัสลักษณะเดน : เฮเทอโรไซกัส : ฮอมอไซกัสลักษณะดอย = 1 : 2 : 1 และอัตราสวนฟโนไทปลักษณะเดน : ลักษณะดอย= 3 : 1

ดังนั้นถาจะใชวิธีการตารางพันเนตตอธิบายการผสมลักษณะเดียวของเมนเดลจากตัวอยางการผสมพันธุถ่ัวลันเตาดอกสีมวงและดอกสีขาว สรุปไดดังภาพที่ 3-27

ภาพที่ 3-27 การอธิบายผลการทดลองการผสมลักษณะเดียวของเมนเดลโดยใชตารางพันเนตต (Johnson. 1997 : 116)

ส่ิงมีชีวิตที่เปนฮอมอไซกัส เรียกวา พันธุแท (Pure line หรือ True breeding) พืชที่มีการผสมภายในตัวเองจัดวาเปนพันธุแท พืชพวกนี้จะใหลูกหลานที่มีลักษณะฟโนไทปเหมือนพอแมตลอดไปในการผสมระหวางพืชพันธุแท หรือพืชที่เปนเปนฮอมอไซกัส 2 ชนิด เชน PP x pp จะใหพันธุผสม(Hybrid line) ซ่ึงหมายถึงพืชที่เปนเฮเทอโรไซกัส โดยมีคูจีนเปน Pp และแสดงลักษณะ ฟโนไทปเหมือนพอแม

การหาจีโนไทปและฟโนไทปการผสมสองลักษณะเราสามารถหาจีโนไทปและฟโนไทปการผสมสองลักษณะ โดยวิธีใชแผนภาพไดดังตอไปนี้

(ดูภาพที่ 3-8 ประกอบ)กําหนดให S แทนจีนควบคุมลักษณะเมล็ดกลมซึ่งเปนลักษณะเดน

s แทนจีนควบคุมลักษณะเมล็ดขรุขระซ่ึงเปนลักษณะดอยY แทนจีนควบคุมลักษณะเมล็ดสีเหลืองซึ่งเปนลักษณะเดนy แทนจีนควบคุมลักษณะเมล็ดสีเขียวซ่ึงเปนลักษณะดอย

ฉะนั้น จีโนไทปของตนถ่ัวลันเตาที่มีเมล็ดกลมสีเหลือง (พันธุแท) คอื SSYYจีโนไทปของตนถ่ัวลันเตาที่มีเมล็ดขรุขระสีเขียว (พันธุแท) คือ ssyy

109

ภาพที่ 3-28 การใชแผนภาพอธิบายผลการผสมสองลักษณะของเมนเดล โดยใชรุนพอแมเปนถ่ัวลันเตาเมล็ดกลมสีเหลืองกับเมล็ดขรุขระสีเขียว จนไดเซลลสืบพันธุรุนที่ 1 (F1 gamete)

(Arms and Camp. 1991 : 210)เนื่องจากแตละฝายของ F1 ตางก็มีเซลลสืบพันธุ 4 แบบ คือ SY , Sy , sY และ sy โดยชนิดของ

เซลลสืบพันธุทั้ง 4 แบบ เราสามารถหาไดดังนี้1. แยกคูจีนที่ควบคุมลักษณะที่ 1 (รูปรางเมล็ด) ออกจากกันเปน

S s2. แยกคูจีนที่ควบคุมลักษณะที่ 2 (สีเมล็ด) ออกจากกันแลวไปจับคูกับจีนที่ควบคุมลักษณะที่ 1

Y = SY Y = sYS s

y = Sy y = sy∴ โอกาสของการเกิดเซลลสืบพันธุแตละแบบตาง =

41 คือ

41 SY ,

41 Sy ,

41 sY และ

41 sy

ดังนั้นเมื่อใชตารางหาผลที่จะไดในรุนที่ 2 จึงมีโอกาส 4 x 4 = 16โอกาสดวยกัน (ดูภาพที่ 3-29)

ภาพที่ 3-29 การใชตารางพันเนตตอธิบายผลการผสมสองลักษณะของเมนเดลซึ่งเปนการ ผสมกันเองระหวางรุนที่ 1 (Arms and Camp. 1991 :211)

110

ดังนั้นในรุนที่ 2 ถ่ัวลันเตาจะมีอัตราสวนดังนี้ จีโนไทป SSYY : SSYy : SsYY : SsYy : ssYY : ssYy : SSyy : Ssyy : ssyy = 1:2:2:4:1:2:1:2:1 ฟโนไทป เมล็ดกลมสีเหลือง : เมล็ดขรุขระสีเหลือง : เมล็ดกลมสีเขียว : เมล็ดขรุขระสีเขียว

= 9:3:3:1การทดสอบจีโนไทป

ถ่ัวลันเตาที่มีจีโนไทปตางกัน 2 ตน นั้น ถาสังเกตจากลักษณะภายนอกอาจจะพบวามีลักษณะฟโนไทปเหมือนกัน เชน ถ่ัวลันเตาที่มีฟโนไทป PP และ Pp ตางก็มีดอกสีมวงเหมือนกัน ทําใหไมสามารถที่จะบอกไดวา พืชที่เห็นเปนลักษณะเดนจะมีจีโนไทปอยางไร ยกเวนพืชที่แสดงลักษณะดอยเทานั้นที่จะมีจีโนไทปอยางเดียว เชน ถ่ัวลันเตาดอกสีขาว มีจีโนไทปเปน pp

เมนเดลไดใชวิธีการบอกจีโนไทปของถ่ัวลันเตา 2 วิธี คือ1. การใหตนถ่ัวลันเตาที่สงสัยผสมตัวเอง หรือผสมระหวางตนที่มีจีโนไทปเหมือนกัน ถาได

ลูกผสมเหมือนกับพันธุเดิมก็แสดงวา ตนดังกลาวเปนฮอมอไซกัสลักษณะเดน (Homozygousdominant) แตถาลูกผสมปรากฏเปน 2 ลักษณะในอัตราสวน 3 : 1 เปนการสะทอนใหเห็นถึงการแยกตัว(Segregation) ของจีนไดชัดเจน แสดงวา ตนนั้นเปนเฮเทอโรไซกัสลักษณะเดน (Heterozygousdominant) ดังตัวอยางการผสมตัวเองของถั่วลันเตาดอกสีมวง ดังนี้

กรณีที่ 1 กรณีที่ 2รุน P: ฟโนไทป ดอกสีมวง ดอกสีมวง

จีโนไทป PP x PP Pp x Ppเซลลสืบพันธุ P P P , p P , p

↓ ↓รุน F1 : จีโนไทป PP PP : Pp : pp

ฟโนไทป ดอกสีมวงทั้งหมด ดอกสีมวง (43 ) ดอกสีขาว (

41 )

∴ กรณีที่ 1 รุน F1 ฟโนไทปเปนดอกสีมวงทั้งหมดกรณีที่ 2 รุน F1 ฟโนไทป ดอกสีมวง : ดอกสีขาว = 3 : 1

2. การผสมทดสอบ (Test cross) เปนการนําตนที่สงสัยไปผสมกับพันธุซ่ึงมีจีนอยูในสภาพดอยทั้งคู ตนพันธุหลัง เรียกวา ตัวทดสอบ (Tester) จุดประสงคของการผสมทดสอบก็เพื่อหาตนที่สงสัยวาผลิตเซลลสืบพันธุไดกี่ชนิด สวนพันธุที่ใชเปนตัวทดสอบนั้นอาจจะเปนพันธุพอแมก็ได ดังตัวอยาง (ภาพที่ 3-30)

111

ภาพที่ 3-30 การทดสอบจีโนไทปถ่ัวลันเตาดอกสีมวงของเมนเดลโดยการผสมทดสอบ (Johnson. 1997 : 117 )

จากการทดสอบในภาพที่ 3-30 จะพบวา ถารุนที่ 1 ใหดอกสีมวงทั้งหมด แสดงวาตนที่สงสัยมีจีโนไทปเปนฮอมอไซกัส คือ PP แตถารุนที่ 1 ใหดอกสีมวง : ดอกสีขาว ในอัตราสวน 1 : 1 แสดงวาตนที่สงสัยมีจีโนไทปเปนเฮเทอโรไซกัส คือ Ppการแสดงออกของฟโนไทป

การแสดงออกของฟโนไทปของสิ่งมีชีวิตที่เปนผลเนื่องจากจีโนไทปเพียงอยางเดียว จะสามารถคาดคะเนแบบแผนการถายทอดของลักษณะนั้น ๆ ได แตบางครั้งการแสดงออกของฟโนไทปเปนผลรวมระหวางจีโนไทปและปจจัยที่เปนสิ่งแวดลอม ทั้งสิ่งแวดลอมภายนอก เชนอุณหภูมิ แสง เสียง อาหาร การออกกําลังกาย ยา และสิ่งแวดลอมภายใน เชน ระดับฮอรโมน เพศ อายุเปนตน ส่ิงแวดลอมจะมีบทบาทในการควบคุมฟโนไทปของจีนแตกตางกัน บางลักษณะส่ิงแวดลอมอาจมีผลตอการแสดงออกของจีนที่กําหนดลักษณะนั้น ๆ นอยมากจนสังเกตไมได เชนกลุมเลือด และสีตา อยางไรก็ดีส่ิงแวดลอมก็ไมสามารถจะทําใหส่ิงมีชีวิตเปลี่ยนแปลงเกินขอบเขตพันธุกรรมที่มีอยูไดและจีนก็ไมสามารถจะแสดงลักษณะออกมาไดถาอยูในสภาพที่ขาดสิ่งแวดลอมบางอยาง ฉะนั้นในการพัฒนาฟโนไทปของสิ่งมีชีวิตพันธุกรรมและสิ่งแวดลอมจะควบคุมและจํากัดซึ่งกันและกัน ไมวาลักษณะนั้นจะเปนลักษณะทางกายภาพ สรีรวิทยา หรือพฤติกรรม

ตัวอยางที่แสดงใหเห็นถึงอิทธิพลของสิ่งแวดลอมที่มตีอการแสดงออกของจีน เชน ลักษณะศีรษะลานซึ่งเปนลักษณะเดนในเพศชาย และเปนลักษณะดอยในเพศหญิง เนื่องจากฮอรโมนเพศชายเกี่ยวของกับการแสดงออกของจีน ศีรษะลานจึงพบในเพศชายมากกวาเพศหญิง คนที่ขาดเอนไซมสําหรับยอยน้ําตาลแลกโตส ซ่ึงจะไมแสดงอาการผิดปกติออกมาถาไมกินน้ําตาลชนิดนี้ แตถากินน้ําตาลแลกโตสเขาไปก็จะแสดงอาการปวดทอง อาเจียน การแสดงออกของจีนเกี่ยวกับความสูง ผูที่ไดรับอาหารเหมาะสมและเพียงพอ จะมีรางกายเติบโตเกินขีดความสามารถในการแสดงออกของจีนที่กําหนดความสูงที่รับถายทอดมาจากพอแม นั่นคือ ถาสภาพแวดลอมดีการแสดงออกของจีนก็จะเปนไปไดเต็มที่

112

ตอไปนี้เปนตัวอยางที่แสดงใหเห็นถึงอิทธิพลของสิ่งแวดลอมบางชนิดที่มีผลตอการแสดงออกของจีน เชน

1. อุณหภูมิ เปนที่ยอมรับกันอยางแพรหลายวากระบวนการทางชีวเคมีมีความสัมพันธกับอุณหภูมิ เชน ในที่อุณหภูมิต่ํากวา 300C ดอกพริมโรส (Primrose) จะมีดอกสีแดง แตที่อุณหภูมิสูงกวาจะมีดอกสีขาว สีขนของกระตายฮีมาลายัน (Himalayan) ที่อุณหภูมิปกติจะมีสีขาว แตถาอุณหภูมิต่ําใกล 00C สีขนจะเปลี่ยนเปนสีดํา สุนัขจิ้งจอกแถบอารติกในฤดูหนาวขนเกือบจะมีสีขาว แตในฤดูรอนสีขนจะเขมขึ้นเปลี่ยนเปนสีน้ําตาลแดง (ภาพที่ 3-11)

ก. ข.ภาพที่ 3-31 สุนัขจิ้งจอกแถบอารติก

ก. ในฤดูหนาวสีขนเกือบจะเปนสีขาวข. ในฤดูรอนสีขนจะเปลี่ยนเปนสีน้ําตาลแดง(Raven and Johnson. 2002 : 254)

2. แสง ในที่ปราศจากแสงพืชมักจะมีสีขาว ถึงแมวาพืชนั้นจะมีจีนสําหรับทําใหเกิดสีอ่ืนก็ตาม ทําใหพืชซ่ึงเจริญเติบโตในที่มืดมักจะมีอายุส้ันเนื่องจากไมสามารถสังเคราะหแสงได

3. อาหาร ชนิดของอาหารมีสวนทําใหเกิดการแสดงออกของลักษณะแตกตางกัน เชน การแสดงอาการโรคเบาหวานของคนถูกควบคุมโดยจีน แตถามีการควบคุมอาหารที่รับประทานแลว โรคดังกลาวจะแสดงอาการไมเดนชัด หรือการแสดงออกของอาการแลกโตสไมถูกยอยเนื่องจากเอนไซมที่ยอยถูกควบคุมโดยจีน ถาไมกินอาหารที่มีแลกโตสจะไมแสดงอาการ แตถากินอาหารที่มีแลกโตสเขาไปจะแสดงอาการปวดทอง อาเจียน

4. อายุ ลักษณะที่ถูกควบคุมโดยจนีบางลักษณะเกี่ยวของกับอายุ เชน ลักษณะศีรษะลานหรือเบาหวาน ถึงแมจะถูกควบคุมโดยจีน แตคนจะมีศีรษะลานเมื่อมีอายุสูงกวา 20 ป หรือคนจะแสดงอาการเปนโรคเบาหวานเมื่อมีอายุเกิน 40 ป

5. เพศ สัตวบางชนิดทั้ง 2 เพศ มีจีโนไทปเหมือนกัน แตลักษณะที่ปรากฏอาจแตกตางกันเชน ลักษณะของแกะซึ่งมีจีโนไทป Hh ถาเปนเพศผูจะมีเขา แตถาเปนเพศเมียจะไมมีเขา

113

6. ฮอรโมนเพศ ระดับฮอรโมนเพศมีผลตอการแสดงออกของลักษณะบางลักษณะที่ถูกควบคุมโดยจีน เชน ศีรษะลานมักพบในเพศชายมากกวาเพศหญิง เนื่องจากฮอรโมนเพศชายที่เกี่ยวของกับการแสดงออกของจีนควบคุมศีรษะลาน เปนตนกฎของเมนเดล

การทดลองของเมนเดลในเรื่องการผสมลักษณะเดียวที่ไดยกตัวอยางมาแลว ไดแกการผสมระหวางถั่วลันเตาดอกสีมวงกับดอกสีขาว (พันธุแท) ไดรุนที่ 1 มีลักษณะดอกสีมวงทั้งหมด และเมื่อผสมระหวางรุนที่ 1 ดวยกัน จะไดรุนที่ 2 ปรากฏ 2 ลักษณะ คือ ดอกสีมวงและดอกสีขาวเปนอัตราสวน 3:1 จากการผสมลักษณะเดียวนี้เองทําใหเมนเดลเสนอกฎขอที่ 1 สวนการทดลองผสมสองลักษณะที่กลาวมาแลวเมนเดลใชตนถ่ัวลันเตาเมล็ดกลมสีเหลือง (พันธุแท) ผสมกับเมล็ดขรุขระสีเขียว (พันธุแท) ผลปรากฏวา รุนที่ 1 ไดเมล็ดกลมสีเหลืองทั้งหมด และเมื่อเอารุนที่ 1 ผสมกันเอง ไดรุนที่ 2 เมล็ดกลมสีเหลือง : เมล็ดกลมสีเขียว : เมล็ดขรุขระสีเหลือง : เมล็ดขรุขระสีเขียว = 9:3:3:1 เมนเดลไดเสนอเปนกฎขอที่ 2 โดยกฎทั้งสองขอของเมนเดล มีดังนี้

กฎขอท่ี 1 กฎการแยกตัวของจีน (Law of segregation of gene) มีใจความวา “ลักษณะของสิ่งมีชีวิตถูกควบคุมโดยจีน และจีนจะปรากฏเปนคู ๆ เสมอ ในการสรางเซลลสืบพันธุจีนที่อยูเปนคู ๆ จะแยกออกจากกัน แลวเขาสูเซลลสืบพันธุเซลลละ 1 จีน เมื่อมีการผสมระหวางเซลลสืบพันธุเชน อสุจิกับไข จีนนั้นก็จะกลับมาอยูเปนคู ๆ เหมือนเดมิ”

ดังนั้นถาใชแผนภาพการแบงเซลลแบบไมโอซิส ซ่ึงเปนการแบงเซลลสืบพันธุ มาอธิบายกฎการแยกตัวของจีน จะอธิบายไดผลสอดคลองกันดังภาพที่ 3-32

หมายเหตุ จีนอยูบนโครโมโซมภาพที่ 3-32 การใชแผนภาพการแบงเซลลแบบไมโอซิสอธิบายกฎการแยกตัวของจีน

(Starr and Taggart. 1992 : 168)กฎขอท่ี 2 กฎการรวมอยางอิสระของจีน (Law of independent assortment) มีใจความวา “ใน

การสรางเซลลสืบพันธุนั้น จีนสภาพใดสภาพหนึ่งของจีนคูหนึ่งจะเขาสูเซลลสืบพันธุเดียวกันกับจีน

114

สภาพใดสภาพหนึ่งของจีนอีกคูหนึ่งไดอยางอิสระ” หรืออาจกลาวไดวา “จีนบนโครโมโซมหนึ่งสามารถกระจายตัวไปจับกันไดอยางสลับกับจีนบนอีกโครโมโซมหนึ่งซึ่งไมเหมือนกัน” จะเห็นไดจากการแยกตัวของเซลลสืบพันธุในการผสมสองลักษณะ (ดูภาพที่ 3-33 ประกอบ)

ภาพที่ 3-33 แสดงการรวมกันอยางอิสระของจีนซึ่งบนโครโมโซมในเซลลสืบพันธุ (Starr and Taggart. 1992 : 170)

ถึงแมวาการทดลองผสมพันธุถ่ัวลันเตาของเมนเดลทําใหเกิดกฎของเมนเดล ซ่ึงสามารถใชอธิบายการถายทอดลักษณะพันธุกรรมของสิ่งมีชีวิตที่อาศัยเพศไดทุกชนิด แตมีขอที่ควรสังเกตไววา ลักษณะของสิ่งมีชีวิตชนิดอื่นที่คลาย ๆ กับลักษณะของถั่วลันเตาที่เมนเดลศึกษาอาจจะมีกฎเกณฑตางกัน เชน ลักษณะความสูงของลําตนถ่ัวลันเตาที่เมนเดลพบวาตนสูงเปนลักษณะเดน ตนเตี้ยเปนลักษณะดอย ก็มิไดหมายความวาลักษณะสูงจะเปนลักษณะเดน และลักษณะเตี้ยจะเปนลักษณะดอยในสิ่งมีชีวิตอื่น ๆ ดวยลักษณะเดนไมสมบูรณ

คูจีนที่เปนเฮเทอโรไซกัสกันอาจจะไมใชจีนเดนคูกับจีนดอยเสมอไป ในบางกรณีคูจีนที่เปนเฮเทอโรไซกัสกันก็ไมมีจีนใดเปนจีนเดนและไมมีจีนใดเปนจีนดอย กลาวคือ จีโนไทปในสภาพเฮเทอโรไซกัสจะมีลักษณะผสมผสานระหวางจีโนไทป 2 แบบที่เปนฮอมอไซกัส เชน สีของดอกลิ้นมังกร(Snapdragon) ควบคุมดวยจีนที่สมมติใหเปน R กับ R′ ดอกที่มีจีโนไทปเปน RR มีดอกสีแดงเขม จีโนไทปเปน R′R′ มีดอกสีขาว สวนจีโนไทป RR′ มีดอกสีชมพู แสดงใหเห็นวา R ไมสามารถขมการแสดงออกของจีน R′ ไดอยางสมบูรณ หรือไมแสดงอาการขมตอกันเลย แตแสดงผลรวมกัน(Codominance) สีของดอกจึงเปนสีกลาง ๆ ระหวางสีแดงกับสีขาว คือ เปนสีชมพู เรียกลักษณะพันธุกรรมแบบนี้วา ลักษณะเดนไมสมบูรณ (Incomplete dominance หรือ Partial dominance หรือ Lack ofDominance) (ภาพที่ 3-34)

115

ภาพที่ 3-34 แสดงการผสมพันธุดอกล้ินมังกรสีแดงกับสีขาว (Starr and Taggart. 1992 : 172)

จากภาพที่ 3-34 ซ่ึงแสดงการผสมพันธุสีดอกล้ินมังกร โดยใชพอแมพันธุแทดอกสีแดงผสมกับดอกสีขาว ไดรุนที่ 1 มีจีโนไทปเปน R R′ และมีฟโนไทปเปนดอกสีชมพู (แทนที่จะเปนสีแดง) ทั้งหมด เมื่อเอารุนที่ 1 ผสมกันเอง รุนที่ 2 จะมีจีโนไทป 3 แบบ คือ RR , RR′ และ R′R′ และมีฟโนไทปเปนดอกสีแดง ดอกสีชมพู และดอกสีขาวตามลําดับ แตกตางจากรุนที่ 2 ของการผสมพิจารณาลักษณะเดียว คือ มีอัตราสวนของจีโนไทปเปนRR:RR′:R′R′= 1:2:1 และอัตราสวนของฟโนไทปดอกสีแดง : ดอกสีชมพู : ดอกสีขาว = 1:2:1 แทนที่จะเปนดอกสีแดง : ดอกสีขาว อัตราสวน = 3:1

อีกตัวอยางหนึ่งที่เปนลักษณะเดนไมสมบูรณ ไดแก การถายทอดลักษณะสีขนของวัว(ภาพที่ 3-15)

116

รุน P :

รุน F1 :

รุน F2 :

ภาพที่ 3-35 แสดงการผสมพันธุลักษณะเดนไมสมบูรณของสีขนวัว (ปรีชา สุวรรณพินิจ และนงลักษณ สุวรรณพินิจ. 2540 : 583)

จากภาพที่ 3-35 การผสมพันธุโดยใชพอแมพันธุแท วัวขนสีแดงกับวัวขนสีขาว ในรุนที่ 1 ไดวัวขนสีแดงปนเทา (Roan) แทนที่จะเปนวัวขนสีแดง : วัวขนสีขาวทั้งหมด เมื่อเอารุนที่ 1 ผสมกันเองจะไดรุนที่ 2 วัวขนสีแดง : วัวขนสีแดงปนเทา : วัวขนสีขาว = 1: 2 : 1 แทนที่จะเปนวัวขนสีแดง : วัวขนสีขาว อัตราสวน = 3:1

ลักษณะเดนไมสมบูรณ นอกจากพบเกี่ยวกับลักษณะสีของดอกไม และสีขนของสัตว อาจพบลักษณะอยางอื่นไดอีก เชน ขนาดของใบลิ้นมังกรมีใบกวาง ใบขนาดกลาง และใบแคบ โดยท่ีมีจีโนไทปเปน BB , BB′ และ B′ B′ ตามลําดับ

ดังนั้นในการผสมพันธุระหวางลิ้นมังกรใบกวางดอกสีแดง (พันธุแท) กับใบแคบดอกสีขาว(พันธุแท) รุนที่ 1 จะมีใบขนาดกลางดอกสีชมพู ดังนี้รุน P : ฟโนไทป ใบกวางดอกสีแดง x ใบแคบดอกสีขาว

จีโนไทป BBRR B′ B′ R′ R′ เซลสสืบพันธุ BR ↓ B′ R′รุน F1 : จีโนไทป BB′ RR′

ใบขนาดกลางสีชมพู

117

สวนในรุนที่ 2 เมื่อหาอัตราสวนของการรวมกันของเซลสสืบพันธุในรุนที่ 1 เปนรุนที่ 2ของแตละลักษณะก็จะพบวาลักษณะที่ 1 มีโอกาสเกิด 3 แบบ คือ

41 BB ,

42 BB′ ,

41 B′B′ และ

ลักษณะที่ 2 จะมีโอกาสเกิด 3 แบบเชนกัน คือ 41 RR ,

42 RR′ ,

41 R′R′ จากนั้นจึงหาอัตราสวนที่

เกิดจากการรวมกันของทั้งสองลักษณะ ตอไปดังตารางที่ 3-2ตารางที่ 3-7 แสดงผลการผสมสองลักษณะที่เปนลักษณะเดนไมสมบูรณของล้ินมังกร ในรุนที่ 2

ขนาดใบ สี อัตราสวน จีโนไทป ฟโนไทปRR

41

161 BBRR ใบกวางดอกสีแดง

BB41 RR

42 ′

162 BBRR′ ใบกวางดอกสีชมพู

RR41 ′′

161 BBR′R′ ใบกวางดอกสีขาว

RR41

162 BB′RR ใบขนาดกลางดอกสีแดง

BB42 ′ RR

42 ′

164 BB′RR′ ใบขนาดกลางดอกสีชมพู

RR41 ′′

162 BB′R′R′ ใบขนาดกลางดอกสีขาว

RR41

161 B′B′RR ใบแคบดอกสีแดง

Β′Β′42 RR

42 ′

162 B′B′RR′ ใบแคบดอกสีชมพู

RR41 ′′

161 B′B′R′R′ ใบแคบดอกสีขาว

(ไพศาล เหลาสุวรรณ. 2535 : 72)

จากตัวอยางขางบนจะเห็นวา ลักษณะเดนไมสมบูรณของล้ินมังกร รุนที่ 2 แตละจีโนไทปจะมีฟโนไทปประจําเฉพาะตัว อัตราสวนของฟโนไทปจึงแตกตางไปจากการผสมสองลักษณะที่กลาวมาขางตนพอลิจีน หรือมัลติเปลจีน

ลักษณะทางพันธุกรรมของสิ่งมีชีวิตมีมากมาย แตมิใชวาแตละลักษณะจะถูกควบคุมโดยจีนเพียงคูเดียวเสมอไป บางลักษณะถูกควบคุมดวยจีนหลายคู ลักษณะเหลานี้ก็คงจะซับซอนมากกวาลักษณะทั้ง 7 ลักษณะของตนถ่ัวลันเตาอยางแนนอน ตัวอยางของลักษณะที่ถูกควบคุมดวยจีนหลายคูเชน ความสูงของคน สีผิวของคน น้ําหนักและขนาดของผลไม เปนตน ลักษณะเหลานี้เปนลักษณะที่มีความแปรผันตอเนื่อง การศึกษาลักษณะทางพันธุกรรมเหลานี้จะตองอาศัยการวิเคราะหขอมูลจากการ

118

วัดขนาด การชั่งน้ําหนัก และการคํานวณ ซ่ึงเรียกลักษณะแบบนี้วาลักษณะทางปริมาณ (Quantitativetrait หรือ metric trait) จีนที่ควบคุมลักษณะแบบนี้เรียกวา พอลิจีน (Polygene) หรือ มัลติเปลจีน(Multiple gene) ซ่ึงอาจมีตั้งแต 2 ถึง 40 คู และอาจอยูบนโครโมโซมคูเดียวกันหรือกระจัดกระจายอยูบนโครโมโซมหลายคู การแสดงออกของลักษณะที่ควบคุมโดยพอลิจีนนี้มักแปรผันไปตามอิทธิพลของสิ่งแวดลอม ตัวอยางของการถายทอดพันธุกรรมที่ถูกควบคุมโดยพอลิจีน เชน สีของเมล็ดขาวสาลี ซ่ึงมีจีนควบคุม 3 คู ถากําหนดให R1 , R2 , R3 เปนจีนที่ทําใหเมล็ดขาวสาลีมีสีแดง r1 , r2 และ r3 เปนจีนที่ทําใหเมล็ดขาวสาลีไมมีสี จีนที่ควบคุมการมีสีหรือไมมีสีจะแสดงออกไดเทาๆ กัน ดังนั้นเมล็ดขาวสาลีที่มีจีโนไทป r1 / r1 r2 / r2 r3 / r3 จะแสดงลักษณะเมล็ดสีขาว สวนพวกที่มีฟโนไทปR1 / R1 R2 / R2 R3

/ R3 จะแสดงลักษณะเมล็ดสีแดงเขม ถาจีโนไทปมีจีนควบคุมสีแดงจํานวนมากขึ้น สีของเมล็ดจะเขมขึ้นตามลําดับ (ภาพที่ 3-36)

ภาพที่ 3-36 การถายทอดลักษณะสีของเมล็ดขาวสาลีซ่ึงถูกควบคุมโดยพอลิจีน(สถาบันสงเสริมการสอนวิทยาศาสตรและเทคโนโลยี. 2536 : 23)

แดงเขม → ชมพู → ขาว

ลักษณะที่ควบคุมดวยหนวยพันธุกรรมท่ีอยูนอกนิวเคลียสลักษณะพันธุกรรมที่ถูกควบคุมดวยหนวยพันธุกรรมที่อยูนอกนิวเคลียสหรืออยูใน

ไซโทพลาสซึมพบวา พอและแมถายทอดออรแกเนลลในไซโทพลาสซึมใหลูกไดไมเทากัน ลูกไดรับออรแกเนลลที่อยูในไซโทพลาสซึมสวนใหญหรือทั้งหมดมาจากแม เนื่องจากเมื่อเกิดการปฏิสนธิเฉพาะนิวเคลียสของสเปรมเทานั้นที่เขาไปผสมกับไขในไซโกต ทําใหการถายทอดลักษณะไมเปนไปตามกฎของเมนเดล

ตัวอยางการถายทอดลักษณะที่ไมเปนไปตามกฎของเมนเดล เชน การถายทอดพลาสติดของใบบานเย็น (Mirabilis jalapa) การตอตานสเตรปโตมัยซิน(Streptomycin)ในคลาไมโดโมแนส

119

(Clamydomonas sp.)และการเปนหมันของดอกเพศผูในพืชบางชนิด สีใบบานเย็นมี 3 สี คือใบ สีเขียว (มีคลอโรพลาสต) ใบสีขาว (ไมมีคลอโรพลาสต) และใบดาง (มีทั้งคลอโรพลาสตและ ลิวโคพลาสต) ตนบานเย็นบางตนมีสีใบเพียงสีเดียว บางตนก็มีใบ 2 หรือ 3 สีอยูดวยกัน โดยใบ แตละสีแยกกันอยูคนละกิ่ง ในป ค.ศ. 1909 คอรเรนส (Correns) ไดผสมพันธุระหวางดอกที่มาจากกิ่งซึ่งมีใบแตกตางกันปรากฏวาในคูผสมทุกคูนั้นไมวาละอองเรณูจะมาจากกิ่งที่มีใบแบบใดก็ตาม จะใหลูกที่มีใบเหมือนกับใบของแม กลาวคือ ถาแมมาจากกิ่งที่มีใบสีเขียว ลูกก็จะมีใบสีเขียว แมมาจากกิ่งที่มีใบสีขาว ลูกจะมีใบสีขาวและตายตั้งแตตอนเปนตนกลา เนื่องจากไมสามารถสังเคราะหแสงได แตถาแมมาจากกิ่งที่มีใบดาง ลูกอาจจะมีใบสีเขียว สีขาวหรือดาง ทั้งนี้ขึ้นอยูกับวาในไซโทพลาสซึมของไขนั้นมีพลาสติดชนิดเดียวหรือทั้งสองชนิดอยู (ไพศาล เหลาสุวรรณ. 2543 : 56) 3.2.2 พันธุกรรมมนุษยการถายทอดทางพันธุกรรมของโครโมโซมรางกาย

การศึกษาแบบแผนการถายทอดทางพันธุกรรมโดยทั่ว ๆ ไป จะทําการทดลองในพืชและสัตวเชน การผสมพันธุพืชเพื่อศึกษาการถายทอดลักษณะความสูงของลําตน สีดอก ขนาดของผล การทนตอโรค หรือการผสมพันธุแมลงหวี่เพื่อศึกษาการถายทอดลักษณะตาง ๆ ของแมลงหวี่ เชน สีตา ลักษณะของปก เปนตน แตการศึกษาการถายทอดลักษณะพันธุกรรมในมนุษยทําไดยากกวาในพืชและสัตวดวยเหตุผลหลายประการ เชน ไมสามารถควบคุมการแตงงานใหเปนไปตามความตองการได จํานวนลูกมีนอย อายุเฉลี่ยของคนคอนขางยาวนานเมื่อเปรียบเทียบกับพืชหรือสัตวที่ใชในการศึกษา ซ่ึงทําใหยากตอการสังเกตการถายทอดลักษณะพันธุกรรมในหลาย ๆ รุนได และบางลักษณะก็คาบเกี่ยวกัน ลักษณะพันธุกรรมบางลักษณะถูกกําหนดโดยจีนเพียงคูเดียวที่ทํางานอิสระไมขึ้นกับจีนอื่น แตลักษณะพันธุกรรมบางลักษณะจะถูกกําหนดโดยจีนมากกวาหนึ่งคู นอกจากนี้การแสดงออกของจีนยังมีอิทธิพลของส่ิงแวดลอมเขามาเกี่ยวของดวย ดังนั้นการศึกษาการถายทอดลักษณะพันธุกรรมในมนุษยจึงทําโดยการสืบประวัติของครอบครัวที่มีลักษณะตามที่เราตองการศึกษา โดยเก็บขอมูลคนในครอบครัวหลาย ๆ ช่ัวอายุหรือรุนแลวนํามาเขียนเปนแผนภาพแสดงลําดับเครือญาติที่เรียกวา พงศาวลี (Pedigree หรือ Familytree) หรือศึกษาลักษณะในคูแฝด หรือเปรียบเทียบกับผลการศึกษาทดลองที่ทํากับในสัตว

ความรูสวนใหญที่เกี่ยวของกับการถายทอดลักษณะพันธุกรรมในมนุษยไดมาจากการศึกษาลักษณะผิดปกติที่ถายทอดในครอบครัว การถายทอดทางพันธุกรรมของโครโมโซมรางกาย แบงเปน 2แบบ คือ การถายทอดทางพันธุกรรมของโครโมโซมรางกายที่กําหนดโดยจีนเดน (Autosomaldominant inheritance) และการถายทอดทางพันธุกรรมของโครโมโซมรางกายที่กําหนดโดยจีนดอย(Autosomal recessive inheritance)

การถายทอดทางพันธุกรรมของโครโมโซมรางกายที่กําหนดโดยจีนเดนตัวอยางของการถายทอดพันธุกรรมทางโครโมโซมรางกายของมนุษยที่ถูกกําหนดโดยจีนเดน

เชน การถายทอดลักษณะนิ้วเกิน (Polydactyly) (ภาพที่ 3–37) คือ มีนิ้วมือ นิ้วเทามากกวาปกติ

120

ภาพที่ 3–37 พงศาวลีการถายทอดลักษณะนิ้วเกิน

การถายทอดพันธุกรรมทางโครโมโซมรางกายที่กําหนดโดยจีนเดนของมนุษย มีหลักเกณฑการถายทอดดังนี้

1. ความผิดปกติถายทอดโดยตรงจากคนผิดปกติไปสูคนผิดปกติ2. มีโอกาสพบเทา ๆ กัน ทั้งในเพศหญิงและเพศชาย3. ถาคนผิดปกติแตงงานกับคนปกติ โดยเฉลี่ยลูกจะผิดปกติ 50 เปอรเซนตการถายทอดทางพันธุกรรมของโครโมโซมรางกายที่กําหนดดวยจีนดอยจีนที่กําหนดลักษณะดอยก็สามารถทําใหเกิดลักษณะผิดปกติได แมวาจะไมแสดงออกในผูที่

เปนเฮเทอโรไซกัส เพราะถูกจีนปกติที่กําหนดลักษณะเดนบังไว แตก็เปนพาหะ(Carrier) ถายทอดมาในครอบครัวหลายรุนโดยไมทราบ จนกวาจะไปแตงงานกับผูที่เปนเฮเทอโรไซกัสดวยกัน ซ่ึงทั้งคูจะถายทอดจีนผิดปกติใหแกลูกที่เปนฮอมอไซกัส ลักษณะผิดปกตินั้นจึงจะแสดงออกมา

ดังนั้นการแตงงานกันในหมูญาติจะทําใหโอกาสสูงที่จะมีลูกผิดปกติตัวอยางการถายทอดทางพันธุกรรมของโครโมโซมรางกายที่กําหนดดวยจีนดอย เชน

โรคทาลัสซีเมีย (Thalassemia) โรคซิกเกิล เซลล อะนีเมีย (Sickle cell anemia) โรคแอลแคปโทนู-เรีย(Alkaptonuria) เปนตน ที่พบมากในประเทศไทย คือ โรคทาลัสซีเมีย เกิดจากความผิดปกติของจีนที่ควบคุมการสรางฮีโมโกลบิน ซ่ึงเปนองคประกอบที่สําคัญของเม็ดเลือดแดง เด็กที่เปนโรค

ทาลัสซีเมีย จะมีอาการซีด พุงโร ตับ มามโต ตัวเตี้ย ลักษณะใบหนาผิดปกติ เนื่องจากเม็ดเลือดแดงมีรูปรางผิดปกติ แตกงาย ความรุนแรงของโรคแตกตางกัน อาจถึงตายตั้งแตแรกเกิดหรืออายุนอยการที่พบโรคนี้ไดบอยในประเทศไทย เพราะคนไทยเปนเฮเทอโรไซกัสที่มีจีนชนิดนี้แฝงอยู (รายละเอียดดูในหัวขอที่ 3.2.5)

การถายทอดทางพันธุกรรมของโครโมโซมรางกายที่กําหนดดวยจีนดอย มีกฎเกณฑการถายทอดดังนี้

1. ทั้งเพศหญิงและเพศชายมีโอกาสแสดงลักษณะผิดปกติไดเทา ๆ กัน

รุน Pรุน F1

รุน F2

แทนผูชายผูหญิงที่ปกติแทนผูชายผูหญิงที่นิ้วเกินแทนจีนที่ควบคุมลักษณะนิ้วเกินแทนจีนที่ควบคุมลักษณะนิ้วปกติ

P p

121

2. มักพบในกรณีการแตงงานระหวางเครือญาติในพอแมของคนที่แสดงลักษณะผิดปกติบอยกวาในประชากรทั่วๆ ไป

3. โดยทั่วไปพอแม และตนตระกูลที่ถัดขึ้นไปมีลักษณะปกติ4. พี่หรือนอง พอแมเดียวกันกับคนที่แสดงลักษณะผิดปกติ จะมีโอกาสผิดปกติเฉลี่ย 25 %

การถายทอดทางพันธุกรรมของโครโมโซมเพศการถายทอดลักษณะพันธุกรรมในมนุษย นอกจากสามารถถายทอดทางโครโมโซมรางกายได

แลว ยังสามารถถายทอดทางโครโมโซมเพศไดอีกดวย ซ่ึงแบงไดเปน 2 แบบ คือ การถายทอดทางพันธุกรรมของโครโมโซม X (X – linked inheritance) และการถายทอดทางพันธุกรรมของโครโมโซม Y (Y- linked inheritance)

การถายทอดทางพันธุกรรมของโครโมโซม Xตัวอยางการถายทอดทางพันธุกรรมของโครโมโซม X เชน ตาบอดสี (Color blindness) เปน

ความผิดปกติที่ถูกกําหนดโดยจีนดอยที่อยูบนโครโมโซม X ทําใหการมองเห็นสีผิดไปจากที่เปนจริงสวนใหญเปนตาบอดสีแดงและสีเขียว คนตาบอดสีแดงและบอดสีเขียว จะไมสามารถแยกสีแดงและสีเขียวออกจากกัน หรือแยกสีทั้งสองออกจากสีอ่ืน ๆ ได ถึงแมวาตาบอดสีจะมิใชเปนความผิดปกติที่รายแรง หรือเปนอันตรายตอสุขภาพ แตการคนพบความผิดปกติอันนี้แตเนิ่น ๆ จะชวยใหหลีกเลี่ยงปญหาที่อาจเปนอุปสรรคตอการทํางานบางชนิดได

จีนที่กําหนดลักษณะตาบอดสีดังกลาวขางตนเรียกวา จีนที่เกี่ยวเนื่องกับโครโมโซม X (X-linked gene) สวนโครโมโซม Y ไมมีจีนดังกลาว และจากการที่เพศหญิงถูกกําหนดเพศโดยโครโมโซม X ทั้งสองโครโมโซม สวนเพศชายถูกกําหนดเพศโดยโครโมโซม X กับโครโมโซม Y ดังนั้นจีนของโครโมโซม X ในเพศชายจึงไมมีคู และถาจีนนั้นเปนจีนดอย ก็มีโอกาสแสดงลักษณะออกมาไดเต็มที่ตางไปจากในเพศหญิงที่มีจีนเปนคูตามจํานวนของโครโมโซม ดังนั้นโอกาสที่ เพศหญิงจะแสดงลักษณะดอยออกมาก็ตอเมื่อจีนทั้งคูเปนจีนผิดปกติ (ตารางที่3–3 )

ตารางที่ 3–8 แสดงโอกาสการเกิดตาบอดสี

ไขอสุจิ

XC Xc

XC X C

XC

ห ญิ งปกติ

XC Xc

ห ญิ งปกติ

Y XCYช า ย

ปกติ

XcYช า ย

บอดสีXC หมายถึง โครโมโซม X ที่มีจีนควบคุมตาปกติXc หมายถึง โครโมโซม X ที่มีจีนควบคุมตาบอดสี

122

หลักเกณฑของการถายทอดทางพันธุกรรมที่สัมพันธกับโครโมโซม X มีดังนี้1. ลักษณะที่แสดงออก สวนใหญพบในเพศชาย เพศหญิงก็พบไดแตนอยกวาเพศชาย2. ลักษณะผิดปกติในเพศชาย จะมีการถายทอดผานลูกสาวไปใหหลานชาย เมื่อนับสายการ

ถายทอดจึงมีการเวนบางรุนในการพบคนที่มีลักษณะผิดปกติ3. เพศหญิงที่แสดงลักษณะสวนใหญจะตองมีพอแสดงลักษณะ สวนแมอาจจะแสดงลักษณะ

หรือไมก็ได4. เพศชายที่แสดงลักษณะมักมีแมปกติเปนเฮเทอโรไซกัส ซ่ึงโอกาสจะมีลูกปกติ 50 %5. ลูกของเพศชายที่แสดงลักษณะจะปกติทั้งลูกชายและลูกสาว แตลูกสาวทุกคนจะเปน

เฮเทอโรไซกัส ซ่ึงตอไปจะถายทอลักษณะความผิดปกติไปใหลูกชายรอยละ 50ดังนั้นการถายทอดทางพันธุกรรมของโครโมโซม X ที่ถูกกําหนดดวยจีนดอย จึงตางจาก การ

ถายทอดทางพันธุกรรมของโครโมโซมรางกาย ที่ถูกกําหนดดวยจีนดอยตรงที่วาคนที่เปนเฮเทอโรไซกัสบางคนแสดงลักษณะผิดปกติได

การถายทอดทางพันธุกรรมท่ีสัมพันธกับโครโมโซม Yลักษณะพันธุกรรมที่สัมพันธกับโครโมโซม Y เชน ลักษณะใบหูมขีนยาว (Hairy ear) ซ่ึงไดพบ

บอยในคนอินเดีย พบเฉพาะในเพศชาย และลูกชายทุกคนของเพศชายที่เปนจะปรากฏลักษณะนั้นดวยพันธุกรรมกลุมเลือด

ในสมัยกอนคนเรายังไมมีความรูความเขาใจเกี่ยวกับกลุมเลือดเมื่อเวลาเจ็บปวยหรือเกิดอุบัติเหตุซ่ึงจําเปนตองไดรับเลือด ปรากฏวาผลของการถายเลือดทําใหคนไขถึงแกความตายอยู เนือง ๆ แตหลังจากที่มีการคนพบกลุมเลือดทําใหการถายเลือดมีความปลอดภัยมากขึ้น

กลุมเลือดของมนุษยมีหลายระบบ ที่สําคัญ ไดแก ระบบเอบีโอ (ABO system) ระบบเอ็มเอ็น (MN system) และระบบอารเอช (Rh system)

ระบบเอบีโอปค.ศ. 1900 คารล ลันดสไตเนอร (Carl Landsteineer ค.ศ. 1868 – 1943) แพทยชาวเยอรมัน

ทดลองเอาเซรุมของคนหนึ่งไปผสมกับเม็ดเลือดแดงของอีกคนหนึ่งพบวาจะเกิดปฏิกิริยากัน กลาวคือ เม็ดเลือดแดงจับกลุมรวมตัวกันหรือตกตะกอนเปนผลใหเม็ดเลือดแตกสลาย ปรากฏการณนี้ทําใหทราบวาบางคนเทานั้นที่ถายเลือดใหกันได แตบางคนถายเลือดใหกันไมไดเพราะเมื่อถายใหกันแลวทําใหเม็ดเลือดแตก และทําใหคนพบกลุมเลือดระบบเอบีโอ ซ่ึงถูกควบคุมโดยจีนของโครโมโซมรางกาย (Autosomal gene) 3 ชนิด คือ A , B และ O แตเนื่องจากจีนอยูกันเปนคู ๆ แตละคนจึงมีจีนกําหนดชนิดของกลุมเลือดเพียง 2 จีนเทานั้น คืออาจเปน AO , AA , BO , BB , OO หรือ AB จีน A และจีน B เปนจีนที่กําหนดลักษณะเดน ฉะนั้นถาคนเรามีจีน AO จีน A เทานั้นที่จะแสดงลักษณะออกมาได ดวยการควบคุมใหมีการสรางโปรตีนชนิด A หรือแอนติเจน (Antigen) A ที่ผิวของเม็ดเลือดแดง ทํานองเดียวกันถามีจีน BO หรือจีน B เทานั้นที่จะแสดงลักษณะออกมาไดดวยการควบคุมใหมีการสรางโปรตคีนชนิด B หรือแอนติเจน B ที่ผิวเม็ดเลือดแดง ชนิดของแอนติเจนบนผิวเม็ดเลือดแดงก็คือ ชนิดของกลุมเลือดของคน ๆ นั้น ดังแสดงในตารางที่ 3–9

123

ตารางที่ 3–9 แอนติเจนและแอนติบอดีในกลุมเลือด ABO ชนิดตาง ๆฟโนไทปกลุม

เลือดแอนติเจน(Antigen)

ที่ผิวเม็ดเลือดแอนติบอดี(Antibody)

ในพลาสมาA A BB B AAB A และ B ไมมีแอนติบอดีO ไมมีแอนติเจน มีทั้ง A และ B

ปกติในพลาสมาของแตละคนจะมีโปรตีนที่เราเรียกวา แอนติบอดี (Antibody) ซ่ึงไมทําปฏิกิริยากับแอนติเจนนั้น ๆ ที่ผิวของเม็ดเลือดแดง คนที่มีกลุมเลือด A จะมีแอนติเจน A แอนติบอดีBดวยเหตุนี้จึงไมมีการตกตะกอนของแอนติเจน และแอนติบอดีเกิดขึ้นในเลือดของคน ๆ นั้น

การจับกลุมของเม็ดเลือดจะเกิดขึ้นเมื่อรางกายไดรับเลือดผิดหมู และเปนผลทําใหเม็ดเลือดแดงแตกอยางรุนแรงในหลอดเลือด ทําใหเกิดอันตรายถึงชีวิตได

ปฏิกิริยาการตกตะกอนเกิดขึ้นเมื่อแอนติเจนของกลุมเลือดหนึ่งทําปฏิกิริยากับแอนติบอดีของอีกกลุมเลือดหนึ่ง ดังแสดงในตารางที่ 3-10ตารางที่ 3-10 ปฏิกิริยาการตกตะกอนของกลุมเลือดเอบีโอ

ผูให ผูรับ A B AB OA - ++ + ++B ++ - + ++AB ++ ++ - ++O + + + -หมายเหตุ - ไมเกิดปฏิกิริยาการตกตะกอน

+ เกิดปฏิกิริยาการตกตะกอนเล็กนอย++ เกิดปฏิกิริยาการตกตะกอนมาก

ดังนั้นการใหเลือดจึงมีหลักวา เลือดผูใหตองไมมีแอนติเจนตรงกับแอนติบอดีในเลือดของผูรับเชน ผูที่มีกลุมเลือด A ซ่ึงมีแอนติเจน A จึงไมสามารถใหเลือดแกผูรับที่มีแอนติบอดี A ซ่ึงไดแกผูมีกลุมเลือด B และ O สําหรับผูที่มีกลุมเลือด O ซ่ึงไมมีทั้งแอนติเจน A และ B สามารถใหเลือดแกผูที่มีกลุมเลือดใด ๆ ไดทุกกลุม เรียกวา ยูนิเวอรแซล ดอเนอร (Universal donor) สวนผูที่มีกลุมเลือด AB จะรับเลือดจากผูที่มีกลุมเลือดใด ๆ ไดทุกกลุม เรียกวา ยูนิเวอรแซล รีเซพเตอร (Universalreceptor)

แมวาตามทฤษฎี ผูที่มีกลุมเลือดบางกลุมอาจรับเลือดจากผูที่มีกลุมเลือดอื่น ๆ ไดหลายกลุมแตในทางปฏิบัติเพื่อความปลอดภัยแพทยจะใหเลือดแกผูที่มีกลุมเลือดชนิดเดียวกันเทานั้น ยกเวนในกรณีฉุกเฉินและจําเปนจริง ๆ จึงจะใชเลือดกลุมอื่นที่เขากันได แตจะตองมีการตรวจสอบอยางดีเสียกอนและการถายเลือดจะตองทําอยางชาๆ เนื่องจากแอนติบอดีบางสวนจากผูใหจะถูกดูดซับไวโดยผิวเซลลเม็ดเลือดของผูรับจนเจือจาง ดังนั้นแอนติบอดีของผูใหที่เหลืออยูในตัวผูรับจึงเจือจางและไมเพียงพอสําหรับเกิดปฏิกิริยาการตกตะกอนที่จะทําใหผูรับเกิดอันตรายได

124

ในป ค.ศ. 1925 เอฟ. เบิรนสไตน (F.Bernstein) อธิบายวากลุมเลือดระบบเอบีโอ ถูก ควบคุมโดย มัลติเปลอัลลีล ซ่ึงถูกควบคุมโดยจีน ดังนี้

เลือดที่มีแอนติเจนเปนลักษณะ เดน แทนดวย I ซ่ึงแยกเปน IA และ IB ซ่ึงเปนลักษณะเดนเทากัน เมื่ออยูดวยกันจะแสดงลักษณะเดนรวมกัน (Codominant)

เลือดที่ไมมีแอนติเจนเปนลักษณะดอย แทนดวย iดังนั้นจีโนไทปของคนที่มีกลุมเลือดทั้ง 4 หมู จะมี 6 แบบ ดังแสดงในตารางที่ 3-11

ตารางที่ 3-11 แสดงจีโนไทปกลุมเลือดระบบเอบีโอฟโนไทปกลุมเลือด จีโนไทป

A IA IA , IAiB IB IB , IBI

AB IA IB

O iiเมื่อทราบจีโนไทปของกลุมเลือดแลว เราสามารถทํานายกลุมเลือดของลูกที่เกิดจากการ แตง

งานของคนที่มีกลุมเลือดตางๆ ได หรือเมื่อทราบกลุมเลือดของลูก ก็อาจวิเคราะหหาไดวาเกิดจากพอแมที่มีกลุมเลือดใด โดยการจับคูเซลลสืบพันธุดังตัวอยางตอไปนี้

ตัวอยางที่ 1 ผูชายคนหนึ่งมีกลุมเลือด A แตงงานกับผูหญิงกลุมเลือด O อยากทราบวาลูกจะมีโอกาสมีกลุมเลือดใดบาง

เนื่องจากกลุมเลือด A มีจีโนไทปได 2 แบบคือ IA IA และ IAi จึงมีโอกาสเกิดได 2 กรณีดังนี้กรณีที่ 1 กลุมเลือด A มีจีโนไทป IA IA

รุน P : ฟโนไทป กลุมเลือด A x กลุมเลือด O จีโนไทป IA IA i i เซลลสืบพันธุ IA i

รุน F1 : จีโนไทป IA i ฟโนไทป กลุมเลือด A

กรณีที่ 2 กลุมเลือด A มีจีโนไทป IA iรุน P : ฟโนไทป กลุมเลือด A x กลุมเลือด O

จีโนไทป IA i i i เซลลสืบพันธุ IA , i i

รุน F1 : จีโนไทป IA i i i ฟโนไทป กลุมเลือด A กลุมเลือด O

คําตอบคือ ลูกจะมีโอกาสมีกลุมเลือด A หรือ O เทานั้น

125

ตัวอยางที่ 2 ผูชายคนหนึ่งมีกลุมเลือด AB ถูกผูหญิงกลุมเลือด O กลาวหาวาเปนพอของลูกซึ่งมีกลุมเลือด O จะพิสูจนไดอยางไรวาผูชายคนนี้เปนพอของเด็กจริงหรือไม

รุน P : ฟโนไทป กลุมเลือด AB x กลุมเลือด O จีโนไทป IA IB i i เซลลสืบพันธุ IA IB i

รุน F1 : จีโนไทป IA i IB i ฟโนไทป กลุมเลือด A กลุมเลือด B

ดังนั้น โอกาสที่เด็กจะเปนลูกของผูชายท่ีถูกกลาวหาจึงไมมีเพราะลูกที่จะเกิดจากชายคนที่ถูกกลาวหาจะมีโอกาสมีกลุมเลือด 2 แบบ เทานั้นคือ กลุมเลือด A และกลุมเลือด B จึงสรุปไดวา ผูชายคนนี้ไมไดเปนพอเด็กตามที่ถูกกลาวหาแตอยางใด

จะเห็นไดวา ความรูเกี่ยวกับกลุมเลือดระบบเอบีโอ นอกจากจะมีประโยชนในการถายเลือดและปองกันการถายเลือดผิดหมู ซ่ึงอาจจะทําใหเกิดอันตรายแกชีวิตไดแลว ยังใชประโยชนในทางนิติเวชไดอีกดวย คือใชเปนหลักฐานอยางหนึ่งที่จะนํามาประกอบการพิสูจนเพื่อแสดงความเปนพอลูกรวมกับหลักฐานอื่น ๆ

นอกจากนี้ยังใชประโยชนใชการศึกษาดานมนุษยวิทยา เพื่อสืบคนที่มาของชนชาติบางเชื้อชาติ และใชศึกษาความสัมพันธของชนิดกลุมเลือดกับการเกิดโรคบางชนิดไดดวย

ระบบเอ็มเอ็นค.ศ. 1927 ลันดัลสไตเนอร และ พี เลวิเน (P. Levine) ไดคนพบแอนติเจน M และ N แตไมมี

แอนติบอดีในเลือดคน จึงไมมีผลในดานการถายเลือด โดยนําแอนติบอดีซ่ึงใชทดสอบกลุมเลือดระบบเอ็มเอ็น ที่ไดมาจากการฉีดเลือดของคนเขาไปในกระตาย จากนั้นกระตายก็จะสรางแอนติบอดีขึ้น แลวนําแอนติบอดีที่กระตายสรางมาทดสอบกับเลือดคน ปรากฏวา คนมีกลุมเลือด 3 ชนิด คือ M , N และMN โดยกลุมเลือด M มีจีโนไทป LMLM หมู N มีจีโนไทป LNLN และกลุมเลือด MN มีจีโนไทป LMLN

ตอมาในป ค.ศ. 1947 อาร.เจ วาลสช (R.J Walsh) และ ซี. มอนตโกเมอรี (C. Montgomery) ไดคนพบแอนติเจนอีก 2 ชนิด คือ S กับ s ซ่ึงมีความสัมพันธกับ แอนติเจน M และ N คือ จีนที่ ควบคุมแอนติเจน M, N และ S, s อยูใกลชิดกันมาก ซ่ึงมักจะถายทอดไปดวยกัน ซ่ึงประกอบดวยจีน 4 คูจีน คือLMS , LMs , LNS และ LNs จีนทั้ง 4 คูจีน แสดงลักษณะเดนรวมกัน ทําใหมีฟโนไทปทั้งหมด 9 แบบ (ดูตารางที่ 3-12)

126

ตารางที่ 3-12 แสดงจีโนไทป ฟโนไทป และปฏิกิริยาการตกตะกอนของกลุมเลือดระบบเอ็มเอ็นจีโนไทป แอนติเจน ปฏิกิริยากับแอนติบอดี

(ฟโนไทป) แอนติบอดี M แอนติบอดี N แอนติบอดี S แอนติบอดี sLMSLMS MS + - + -LMSLMs MSs + - + +LMsLMs Ms + - - +LMSLNS MNS + + + -LMSLNs MNSs + + + +LMsLNS MNSs + + + +LMsLNs MNs + + - +LNSLNS NS - + + -LNSLNs NSs - + + +LNsLNs Ns - + - +

+ เกิดปฏิกิริยาการตกตะกอนของเม็ดเลือดแดง- ไมเกิดปฏิกิริยาการตกตะกอนของเม็ดเลือดแดง(ประดิษฐ พงศทองคํา. 2541 : 125)

ระบบอารเอชระบบอารเอช มาจากคําวา ระบบรีซัส แฟกเตอร (Rhesus factor) คนพบโดยใน ค.ศ. 1940

ลันด สไตเนอร และอเล็กซานเดอร โซโลมอน วีเนอร (Alexander Solomon Wiener) ไดฉีดเลือดของลิงวอก (Rhesus monkey) ซ่ึงมีช่ือวิทยาศาสตรวา Macaca rhesus เขาไปในกระตาย จากนั้นกระตายจะสรางแอนติบอดีขึ้นมา เมื่อนําแอนติบอดีไปทดสอบกับคน พบวาคนสวนใหญมีแอนติเจน Rh ซ่ึงเรียกวา กลุมเลือด Rh+ (Rh-positive) สวนคนที่ไมมีแอนติเจน Rh เรียกวา กลุมเลือด Rh- (Rh-negative) ทั้งคนที่มีกลุมเลือด Rh+ และ Rh- จะไมมีแอนติบอดี Rh แตก็สามารถสรางแอนติบอดี Rh ขึ้นมาได โดยพวกที่มีกลุมเลือด Rh- จะสรางแอนติบอดี Rh เมื่อไดรับการกระตุนจากการรับกลุมเลือด Rh+ เขาสูรางกาย

ในกรณีที่มีการแตงงานระหวางผูหญิงที่มีกลุมเลือด Rh- (ไมมีแอนติเจน Rh) กับผูชายที่มีกลุมเลือด Rh+ (มีแอนติเจน Rh) ลูกที่เกิดมาจะมีลักษณะเดนตามพอ คือมีแอนติเจน Rh ขณะแมตั้งครรภเลือดจากตัวลูกจะมีการไหลเวียนผานทางรกไปยังตัวแมได โดยเฉพาะขณะที่รกผิดปกติหรือชวงกอนคลอดแมจะสรางแอนติบอดีขึ้น ดังนั้นถาเลือดแมที่มีแอนติบอดีไหลเวียนไปยังทารก จะมีผลใหเกิดการทําลายเม็ดเลือดแดงในตัวทารก ทําใหเกิดโรคโลหิตจางชนิดที่เรียกวาอิริโทร บลาสโตซิส (Erythroblastosis) ทารกจะตายกอนคลอดหรือหลังคลอดเล็กนอย แตจากการศึกษาพบวา กรณีที่เกิดขึ้นเองเพียง 1/20 ถึง 1/50 ของทารกที่คลอดมาแลวแสดงอาการโรคโลหิตจาง ที่เปนเชนนี้อาจเนื่องจาก

1. การที่แมจะสรางแอนติบอดีขึ้นมานั้น เม็ดเลือดแดงของลูกจะตองไหลซึมผานรกเขาไปในกระแสเลือดของแม ซ่ึงปกติแลวแมและลูกจะมีระบบเลือดแยกกัน เพราะฉะนั้นการที่เลือดจากลูกจะ

127

ซึมผานรกไปจึงเกิดขึ้นไมบอยนัก และถาหากซึมผานไปไดจริง ปริมาณของแอนติเจนที่ผานเขาไปก็อาจต่ํา ทําใหเกิดการสรางแอนติบอดีไดในปริมาณนอยจนไมกอใหเกิดอันตราย

2. อาจเปนผลจากการไมเขากันในดานกลุมเลือดระบบเอบีโอ เชน สมมติเม็ดเลือดแดงจากทารกที่มีกลุมเลือด A หรือ B ซึมผานทางรกเขาไปในกระแสเลือดของแมที่มีกลุมเลือด O จะถูกแอนติบอดี A หรือแอนติบอดี B ที่มีอยูแลวในแมทําลายทันทีกอนที่จะมีการกระตุนใหมีการสรางแอนติเจน Rh ขึ้นมา ดังนั้นจะเห็นไดวา ความไมเขากัน(Incompatability) ในกลุมเลือดระบบเอบีโอไดชวยลดอันตรายจากความไมเขากันของกลุมเลือด Rh ใหนอยลง

เร่ิมแรกมีผูเสนอวา แอนติเจน Rh ถูกควบคุมโดยจีน 1 คู โดยกําหนดให R แทนจีนแสดงการมีแอนติเจนเปนลักษณะเดน r แทนจีนแสดงการไมมีแอนติเจนเปนลักษณะดอย ดังนั้นกลุมเลือด Rh+

จึงมีจีโนไทป 2 แบบ คือ RR และ Rr สวนพวกที่มี Rh- จะมีจีโนไทป rrถามีการแตงงานระหวางผูชายที่มีกลุมเลือด Rh+ กับผูหญิงที่มีกลุมเลือด Rh- จะไดลูกมีกลุม

เลือด Rh+ ทุกคนกรณีใดเนื่องจากกลุมเลือด Rh+ มีจีโนไทป 2 แบบ คือ RR และ Rr

กรณีที่ 1 พอกลุมเลือด Rh+ มีจีโนไทป RRรุน P : ฟโนไทป ผูชาย Rh+ × ผูหญิง Rh-

จีโนไทป RR rr เซลลสืบพันธุ R r รุน F1 : จีโนไทป Rr ฟโนไทป กลุมเลือด Rh+

กรณีที่ 2 พอกลุมเลือด Rh+ มีจีโนไทป Rrรุน P : ฟโนไทป ผูชาย Rh+ × ผูหญิง Rh-

จีโนไทป Rr rr เซลลสืบพันธุ R , r r รุน F1 : จีโนไทป Rr rr ฟโนไทป กลุมเลือด Rh+ กลุมเลือด Rh-

จะเห็นไดวา ลูกทุกคนจะมีกลุมเลือด Rh+ ก็ตอเมื่อพอกลุมเลือด Rh+ มีจีโนไทป RRตอมาไดมีการคนพบแอนติบอดีในกลุมเลือด Rh เพิ่มขึ้นอีก เชน แอนติบอดี RH/ แอนติบอดี

RH// ดังนั้นกลุมเลือด Rh นาจะถูกควบคุมดวยจีนมากกวา 1 คูวีเนอรและผูรวมงาน ไดเสนอวา กลุมเลือดระบอารเอชควบคุมดวยมัลติเปลอัลลีล ประกอบ

ดวยอัลลีลอยางนอยที่สุด 8 อัลลีล คือ r, r/, r//, R0, R1, R2 และ RZ เกือบจะทุกอัลลีลผลิตแอนติเจนไดหลายชนิด ยกเวนอัลลีล r ซ่ึงเปนจีนดอย ไมสามารถจะผลิตแอนติเจนที่จะทําปฏิกิริยากับแอนติบอดีRH0, RH/, RH// ได แตสามารถจะทําปฏิกิริยากับแอนติบอดี HR//, HR/ และ HR ได

อาร.เอ.ฟเชอร (R.A.Ficher) และผูรวมงานไดเสนอวา กลุมเลือด Rh ควบคุมดวยจีน 3 คู คือ C,c, D, d และ E, e ตําแหนงของจีน 3 คู อยูชิดกันมากบนโครโมโซมคูเดียวกัน โดยสามารถจัดกลุมของจีน 3 คูนี้ได 8 ประเภทดังนี้ CDE, CDe, CdE, Cde, cDE, cDe, cdE, และ cde ตามลําดับ

128

ปจจุบันพบแอนติบอดีชนิดใหมของกลุมเลือดระบบอารเอช อีกมากกวา 30 ชนิด ดังนั้นระบบของวีเนอร และระบบของฟเชอรจะตองเปลี่ยนไป นั่นคือ กลุมเลือด Rh ตองถูกควบคุมดวยมัลติเปลอัลลีลที่ประกอบดวยอัลลีลมากกวา 8 อัลลีล เชน D, Du, d และอื่น ๆการกลายพันธุ

ดังไดกลาวมาแลวในหนวยที่ 2 วา การสังเคราะหดีเอ็นเอใชดีเอ็นเอสายเดี่ยวเปนแมพิมพ ทําใหลําดับของเบสในดีเอ็นเอใหมคูกับเบสในดีเอ็นเอเดิม แตอยางไรก็ตามอาจจะมีความผิดพลาดเกิดขึ้นกับลําดับของเบสในสายดีเอ็นเอนั้น หมายถึงเกิดการเปลี่ยนแปลงในสารพันธุกรรม (Genetic material)มีผลทําใหการแสดงลักษณะเปลี่ยนแปลงไป และสามารถถายทอดลักษณะนั้นไปสูลูกหลานได ปรากฏการณเชนนี้เรียกวาการกลายพันธุ หรือการกลาย (Mutation) ผลจากการกลาย คือ ทําใหไดพันธุกลาย(Mutant) ซ่ึงอาจจะเปนจีนพันธุกลาย (Mutant gene) เซลลพันธุกลาย (Mutant cell) ออรแกเนลลพันธุกลาย (Mutant organelle) หรือชีวิตพันธุกลาย (Mutant organism) ซ่ึงอาจมีผลกระทบตอรูปรางลักษณะสรีรวิทยา หรือพฤติกรรมของสิ่งมีชีวิต สงผลใหเกิดความแตกตางระหวางสิ่งมีชีวิตเดียวกัน

การกลายเกิดขึ้นไดในหลายลักษณะ ที่สําคัญแบงเปน 2 ลักษณะ คือ การเปลี่ยนแปลงโครงสรางหรือจํานวนของโครโมโซม และการเปลี่ยนแปลงของสารพันธุกรรม

การเปล่ียนแปลงโครงสรางหรือจํานวนของโครโมโซมการเปลี่ยนแปลงโครงสรางหรือจํานวนของโครโมโซมในสิ่งมีชีวิตยอมจะทําใหลักษณะของ

ส่ิงมีชีวิตที่ปรากฏแตกตางไปจากเดิมไมมากก็นอย แทจริงแลวความแตกตางของลักษณะที่เกิดจากการเปลี่ยนแปลงโครงสรางหรือจํานวนของโครโมโซมนั้น ทําใหเกิดการเปลี่ยนแปลงของจีนนั่นเอง

การเปลี่ยนแปลงโครงสรางของโครโมโซม มีผลทําใหเกิดการสับเปลี่ยนตําแหนงของจีนที่อยูบนโครโมโซมนั้น มีหลายแบบดังนี้

1. การขาดหายไป (Deficiency หรือ Deletion) ของโครโมโซมอาจมีการหัก 2 จุด และสวนปลายรนเขามาตอใหม (ภาพที่ 3-38) การขาดหายไปของสวนของโครโมโซม มักทําใหบางจีนหรือกลุมของจีนหายไป อาจจะทําใหเกิดปรากฏการณในทางเสื่อม (Lethality) ขึ้นได ทั้งนี้อัตรา การเสื่อมยอมมากนอยตามจํานวนจีนที่ขาดหายไป

ภาพที่ 3-38 ลักษณะที่สวนปลายของโครโมโซมที่หัก 2 จุด มาเชื่อมตอกันใหมเมื่อสวนของ ก. โครโมโซมขาดหายไปโครโมโซมเดียว ข. โครโมโซมขาดหายไปทั้งคู

129

2. การเพิ่มขึ้น (Duplication) ในบางสวนของโครโมโซม คือ การที่มีบางสวนเพิ่มจํานวนขึ้นจากเดิมสวนที่เพิ่มเติมนั้นจะเรียงอยูในเสนโครโมโซมจึงทําใหสวนใดสวนหนึ่งของโครโมโซมมีจีนซํ้ากัน

3. การโยกยาย (Translocation) สวนของโครโมโซม เกิดจากโครโมโซมเกิดการหัก และสวนที่หักไปตอใหมกับโครโมโซมที่ไมใชคูโครโมโซมกัน การหักของโครโมโซมอาจเกิดขึ้นเองในธรรมชาติหรือจากการกระตุนก็ได วิธีการโยกยายสวนของโครโมโซมอาจเปนไปได 2 แบบ คือการโยกยายเพียงฝายเดียว (Simple translocation) และการโยกยายหรือตอแบบสลับ (Reciprocal translocation) ซ่ึงแบงยอยเปน 2 แบบ คือการโยกยายสลับเพียงโครโมโซมเดียว (Translocation heterozygote) และโยกยายสลับทั้งคู (Translocation homozyhgote) (ภาพที่ 3-39)

ก. โครโมโซมปกติ

ข. การโยกยายเพียงฝายเดียว

ค. การโยกยายสลับเพียง โครโมโซมเดียวง. การโยกยายสลับทั้งคู

ภาพที่ 3-39 การโยกยายสวนของโครโมโซม (ไพศาล เหลาสุวรรณ. 2535 : 203)4. การหักกลับ หรือตอกลับหัวกลับหาง หรือการเปลี่ยนตําแหนงทิศทางของโครโมโซม

(Inversion) เกิดจากสวนใดสวนหนึ่งของโครโมโซมเกิดการหัก แลวสวนที่หักกลับมาตอใหมแบบกลับหัวกลับหาง ความผิดปกติแบบนี้อาจเกิดจากการที่โครโมโซมพับเปนหวง แลวหักตรงจุดที่โครโมโซมกระทบกัน เมื่อมีการเชื่อมกันใหม ก็จะไดโครโมโซมที่มีจีนสวนหนึ่งกลับทิศทางกัน (ภาพที่ 3-40)

ภาพที่ 3-40 แสดงวิธีการที่โครโมโซมเกิดการหักกลับหรือตอกลับหัวกลับหาง (ไพศาล เหลาสุวรรณ. 2535 : 206)

130

สําหรับการเปลี่ยนแปลงจํานวนของโครโมโซม อาจเกิดกับโครโมโซมรางกายหรือโครโมโซมเพศก็ได แบงเปน 2 แบบ คือ (วิจารณ พานิช และคณะ. 2524. 26-27)

1. การเปลี่ยนแปลงจํานวนของโครโมโซมไมเปนชุด เรียกวา อนูพลอยดี (Aneuploidy) เชนคนอาจมีโครโมโซมเกินเปน 47, 48 หรือขาดไปเปน 44, 45 ซ่ึงอาจเกิดจากโครโมโซม หรือโครมาทิดไมแยกออกจากกัน (Nondisjunction) ในการแบงเซลลทําใหเซลลใหมไดรับโครโมโซมไมเทากัน(ภาพที่ 3-41) หรือโครโมโซมเคลื่อนที่ชาในการแบงเซลลระยะแอนาเฟส เมื่อถึงระยะเทโลเฟส มีการสรางเยื่อหุมนิวเคลียส ทําใหโครโมโซมที่เคลื่อนที่ชาอยูนอกนิวเคลียสและหายไปในที่สุด เชื่อวากลไกนี้เปนสาเหตุสําคัญใหโครโมโซมเพศของผูที่มีอายุมากหายไป

ภ

ภภาพที่ 3-41 โครโมโซมไมแยกจากกันขณะแบงเซลล (Mix, Farber and King. 1992 : 330)2. การเปลี่ยนแปลงจํานวนของโครโมโซมเปนชุด เรียกวา พอลิพลอยดี (Polyploidy) อาจจะ

เกินหรือขาดทั้งชุด เชน 3n (Triploidy) หรือ 4n (Tetraploidy) อาจพบในทารกที่แทงออกมา สวนในคนที่รอดชีวิตมาจนกระทั่งเปนผูใหญไมเคยพบ

ในพืชสามารถชักนําใหเกิดพอลิพลอยดีไดขณะที่มีการแบงเซลล โดยการเติมสารโคชิซีน (Colchicine) สารนี้จะไปทําลายการสรางเสนใยสปนเดิล (Spindle fiber) ทําใหโครโมโซมไมแยกออกจากกัน ถาเริ่มตนจากเซลล 2n จะกลายเปนเซลล 4n ตัวอยางพืชที่ชักนําใหเกิดพอลิพลอยดี เชน แตงโมไมมีเมล็ด (3n)

การเปล่ียนแปลงโมเลกุลของสารพันธุกรรมการเปลี่ยนแปลงของสารพันธุกรรม หรือจีน (DNA หรือ RNA ในกรณีที่ RNA เปนสารพันธุ

กรรม) อาจเกิดโดยการที่มีการแทนที่ หรือการขยับตําแหนงของเบสในสายพอลินิวคลีโอไทดนั่นเองสงผลถึงการเรียงตัวของกรดอะมิโนในสายพอลิเพปไทด ทําใหเกิดการกลายกลับกนั (Reverse

131

mutation) ของสารพันธุกรรมหรือจีน คือจีนในสภาพดอยเปลี่ยนไปอยูในสภาพเดน เชน คนแคระ หรือมีการเปลี่ยนแปลงจากจีนในสภาพเดนไปเปนจีนสภาพดอย เชน โรคผิวเผือก (Albinism) บางครั้ง การเปลี่ยนแปลงในระดับโมเลกุลภายในสารพันธุกรรมจะ เรียกวา การ กลายพันธุแบบจุด (Pointmutation) เมื่อเทียบกับการเปลี่ยนแปลงอยางหยาบๆของโครโมโซมที่มักมองเห็นไดดวยกลองจุลทรรศน

การกลายอาจจะเกิดเพิ่มขึ้นเนื่องจากปจจัยตาง ๆ หลายประการดังนี้ (มหาวิทยาลัยสุโขทัยธรรมธิราช. 2535 : 169-173)

1. ปจจัยทางกายภาพ ไดแก รังสีที่ทําใหเกิดไอออน (Ionizing radiation) หรือรังสีแมเหล็กไฟฟา (Electromagmetic radiation) เชน รังสีเอกซ (X-rays) รังสีแกมมา (Gamma rays) และรังสีเหนือมวง(Ultraviolet radiation - UV) ซ่ึงไมทําใหเกิดไอออนแตกระตุนใหอิเล็กตรอนอยูในระดับพลังงานที่สูงกวาปกติ

นอกเหนือจากรังสีแมเหล็กไฟฟาแลว รังสีอนุภาค (Particulate radiation) ที่เกิดจากปฏิกิริยานิวเคลียรก็ทําใหเกิดไอออนได และสามารถทําใหเกิดการเปลี่ยนแปลงในจีนไดเชนกัน ไดแก อนุภาคเบตา (Beta particles) และอนุภาคแอลฟา (Alpha particles)

ผลกระทบของรังสีเหลานี้ที่มีตอส่ิงมีชีวิตแตกตางกันไปตามชนิดและความเขมของรังสี ชนิดของสิ่งมีชีวิต อายุ สภาวะการพัฒนา เนื้อเยื่อและเซลล กลไกการซอมแซม และสารเคมีที่ปองกันหรือเสริมสราง

2. ปจจัยทางเคมี สารเคมีมากมายหลายชนิดสามารถทําใหเกิดการกลายของจีนในไวรัส (แตมีผลนอยมากในยูคาริโอต) ไดโดยการแทนที่เบส เชน ไฮดรอกซีลามีน (Hydroxylamine) ทําใหเบส Cเปลี่ยนเปนเบส T เอทิลมีเทนซัลโฟเนต (Ethylmethane Sulfonate) ทําใหเบส G เปลี่ยนเปนเบส Aเปนตนโรคทางพันธุกรรม

โรคทางพันธุกรรมที่เกิดกับมนุษยมีจํานวนมากมายหลายโรค โรคเหลานี้สามารถถายทอดจากบรรพบุรุษไปสูลูกหลานได ในที่นี้เพื่อความสะดวกและงายตอการศึกษา จะแบงเปนโรคทางพันธุกรรมที่เกิดจากความผิดปกติของโครโมโซมรางกาย และโรคทางพันธุกรรมที่เกิดจากความผิดปกติของโครโมโซมเพศ

โรคทางพันธุกรรมท่ีเกิดจากความผิดปกติของโครโมโซมรางกายตัวอยางโรคทางพันธุกรรมที่เกิดจากความผิดปกติของโครโมโซมรางกายที่สําคัญ ไดแก1. โรคซิกเกิล เซลล อะนีเมีย (Sickle cell anemia) เกิดจากความผิดปกติของจีนดอยบน

โครโมโซมรางกายที่ควบคุมการสังเคราะหฮีโมโกลบิน ทําใหเม็ดเลือดแดงมีลักษณะเปนรูปเคียว แทนที่จะมีลักษณะกลมดานตรง และแบนเวาดานขาง ในสภาวะความดันออกซิเจนต่ํา เปนโรคโลหิตจางอยางเรื้อรัง

132

โรคนี้มีลักษณะการถายทอดแบบเมนเดล โดยถูกควบคุมดวยจีน HbA เปนจีนเดน HbS เปนจีนดอย คนปกติมีจีโนไทปเปน HbA HbA และ HbAHbS สวนคนที่เปนโรคซิกเกิล เซลล อะนีเมีย มีจีโนไทปเปน HbSHbS

2. โรคทาลัสซีเมีย (Thalassemia) เปนโรคซีดชนิดหนึ่ง เกิดจากความผิดปกติของจีนดอยของโครโมโซมรางกาย ทําใหการสรางฮีโมโกลบินผิดปกติและลดนอยลง เปนผลใหเซลล เม็ดเลือดแดงแตกงาย (ภาพที่ 3-42) และเนื่องจากเซลลเม็ดเลือดแดงสรางจากเซลลไขกระดูกในโพรงกระดูก ดังนั้นรางกายจึงตองหาวิธีสรางเซลลโพรงกระดูกใหมากขึ้นกวาปกติ ลักษณะ ผูปวยโรคทาลัสซีเมียมีหนาผากสูงชัน จมูกแบน กระดูกจมูกบางและหักงาย ดีซาน ตับและมามโต ติดเชื้อไดงาย

ภาพที่ 3-42 เปรียบเทียบลักษณะเม็ดเลือดแดงก. เม็ดเลือดแดงของคนปกติข. เม็ดเลือดแดงของคนที่เปนโรค(“ธาลัสซีเมีย”. 2546 : http://www.geocities.com/witit_mink/Talut.htm)

3. โรคเฟนิลคีโตนูเรีย (Phenylketonuria) เกิดจากความผิดปกติของจีนดอยบนโครโมโซมรางกายที่ควบคุมการสรางเอนไซมเฟนิลอะลานีน ไฮดรอกซีเลส (Phenylalanine hydroxylase) ซ่ึงทําหนาที่เปลี่ยนกรดอะมิโนเฟนิลอะลานีน (Phenylalanine) เปนไทโรซีน (Tyrosine) ทําใหเกิดการสะสมเฟนิลอะลานีนในเลือด มีผลทําใหสมองเสื่อมสติปญญาต่ํา

4. โรคเนื้องอกเยื่อประสาท (Neurofibromatosis) หรือที่รูจักกันในชื่อโรคทาวแสนปม เกิดจากความผิดปกติของจีนเดนบนโครโมโซมคูที่ 22 โรคทาวแสนปมที่พบแบงเปน 2 ชนิด คือ (ปรียา กุลละวณิชย และประวิตร พิศาลบุตร. 2546 : http://www.elib-online.com/doctors/neurofibromatosis.html)

4.1 ชนิดที่พบบอย พบประมาณ 1 ใน 2,500 ถึง 3,500 คน อาการที่พบอยางนอย 2 ใน 7 อาการตอไปนี้

- ปานสีกาแฟใสนมอยางนอย 6 ตําแหนง

133

- พบกอนเนื้องอกตามผิวหนัง 2 ตุมขึ้นไป- พบกระที่บริเวณรักแร หรือขาหนีบ- พบเนื้องอกของเสนประสาทตา- พบเนื้องอกของมานตา 2 แหงขึ้นไป- พบความผิดปกติของกระดูก- มีประวัติคนในครอบครัวเปนโรคนี้

4.2 ชนิดที่พบนอย พบประมาณ 1 ใน 50,000 ถึง 120,000 คน ชนิดนี้จะไมมีอาการทางผิวหนัง เกิดเนื้องอกของหูช้ันใน และมีประวัติคนในครอบครัวนี้เปนโรค

5. อาการมารแฟน (Marphan Syndrome) เปนโรคที่เกิดจากการถายทอดความผิดปกติทางโครโมโซมรางกาย และถูกกําหนดโดยจีนเดน ความผิดปกติที่พบในโรคนี้มีหลายอยาง ไดแก รูปรางผอมสูง แขนขายาว หัวใจผิดปกติ เลนสตาหลุด ดูตัวอยางครอบครัวในภาพที่ 3-43 มีแมเปนอาการมารแฟน ทําใหลูกหลานไดรับการถายทอดโรคนี้ดังแสดงในพงศาวลี

M แทนจีนที่ควบคุมลักษณะอาการมารแฟนm แทนจีนที่ควบคุมลักษณะปกติ

ภาพที่ 3–43 พงศาวลีการถายทอดอาการมารแฟน

จะเห็นไดวาฟโนไทปของลูกหลานที่ไดรับการถายทอดจีนผิดปกติมาอาจมีลักษณะ แตกตางกันแมวาจะไดรับจีนเหมือนกัน กลาวคือ รุนที่ 1 (F1) ที่ไดรับจีนผิดปกติ (M) มีลักษณะผอมสูง แขนขายาว แตรุนที่ 2 (F2) ที่ไดรับจีนผิดปกติ (M) มีลักษณะตางไปคือหัวใจผิดปกติทั้งนี้เพราะอิทธิพลของสภาพแวดลอมภายในรางกายของแตละคนแตกตางกัน จึงมีผลทําใหการแสดงออกของจีนตางกันไปดวย

6. อาการดาวน (Down syndrome) พบไดบอยเกิดจากความผิดปกติของโครโมโซมรางกาย คูที่21 เกินมา 1 แทง ทําใหมีโครโมโซมทั้งหมด 47 โครโมโซม สาเหตุเกิดจากมารดามีบุตรตอนอายุมากในกระบวนการสรางเซลลไข (Oogenesis) ระยะโพรเฟส I (Prophase I) โครโมโซมคูที่ 21 ไมแยกจากกัน พบวาถามารดามีอายุต่ํากวา 25 ป โอกาสจะมีลูกอาการดาวน 1 : 1,500 แตถามารดามีอายุ 40 ปโอกาสมีลูกอาการดาวน 1 : 100 มารดาอายุ 45 ปขึ้นไป ลูกมีโอกาสเปนอาการดาวน 1 : 50 ประมาณ 85

รุน P :รุน F1 :

รุน F2 :

ผอมสูง แขนขายาว ลักษณะอื่นไมปรากฏ ผอมสูงแขนขายาว

หัวใจผิดปกติเลนสตาหลุด

mm Mm

mm Mm mm Mm

Mm mm Mm mm

หมายเหตุ หญิงหรือชายท่ีเปนโรค หญิงหรือชายปกติ

134

เปอรเซ็นตของผูปวยจะตายกอนเปนผูใหญ อีก 15 เปอรเซนตที่มีชีวิตอยูมีลักษณะผิดปกติหลายอยางเชน ปญญาออนมีไอ.คิว (I.Q) ประมาณ 20-50 รูปรางเตี้ย ทายทอยแบนราบ ตาเฉียงออกโดยช้ีขึ้น ชองปากแคบ ล้ินโตจุกปาก คอสั้นกวาง หนาอกโปงนูน มือปอมเล็ก (ภาพที่ 3-43) เสนลายมือมักขาดนิ้วเทานิ้วที่ 1 และนิ้วที่ 2 อยูหางกันมากจนเปนชอง มีรองลึกจากชองนี้พาดไปที่ฝาเทา บางคนเปนโรคหัวใจแตกําเนิด มีความเสี่ยงของการเกิดมะเร็งเม็ดเลือดขาวมากกวาคนปกติ 20 เทา

7. อาการพาทัว (Patau syndrome) เกิดจากมีโครโมโซมรางกายคูที่ 13-15 เกินมา 1 แทง ทําใหมีโครโมโซมทั้งหมด 47 โครโมโซม ทารกที่คลอดมักจะตายภายใน 3 เดือนหลังคลอด ลักษณะผิดปกติคือ น้ําหนักตัวนอยกวาปกติ บางสวนของสมองอาจหายไป สมองพิการมาก ปญญาออน ตามีขนาดเล็กประสาทตาเจริญไมเต็มที่ หูหนวก ปากแหวง เพดานโหว มีติ่งเนื้อยื่นจากปลายจมูก นิ้วมือและนิ้วเทาเกิน นิวเคลียสของเซลลเม็ดเลือดขาวชนิดนิวโทรฟล (Neutrophil) มีหลายพู ไต หัวใจ และอวัยวะสืบพันธุผิดปกติ

8. อาการเอ็ดวารด (Edward syndrome) เปนอาการซึ่งเกิดจากมีโครโมโซมรางกายคูที่ 18 เกินมา1 แทง ทารกที่คลอดสวนใหญจะตายภายใน 4 เดือน ลักษณะผิดปกติ คือน้ําหนักตัวนอย ปญญาออนกลามเนื้อเกร็ง ลําตัวมีขนมาก ศีรษะเล็กแตทายทอยโหนก คางเล็ก ใบหูใหญ มือกํา และนิ้วเทาทับกันสนเทายื่นไปดานหลังมาก มีความพิการของหัวใจ บางคนไตผิดปกติรวมดวย

9. อาการคริ-ดู-แชต (Cri-du-chat syndrome หรือ Cat-cry syndrome) เกิดจากความผิดปกติของโครโมโซมคูที่ 5 มีบางสวนของโครโมโซมหายไป ผูปวยมีลักษณะของศีรษะเล็กกวาปกติ ปญญาออนหนากลม ใบหูต่ํากวาปกติ เวลารองมีเสียงเหมือนแมวโรคทางพันธุกรรมท่ีเกิดจากความผิดปกติของโครโมโซมเพศ

ตัวอยางโรคทางพันธุกรรมที่เกิดจากความผิดปกติของโครโมโซมเพศที่สําคัญ ไดแก1. โรคฮีโมฟเลีย (Hemophilia) เกิดจากความผิดปกติของจีนดอยบนโครโมโซม X มีผลทําให

เกิดความผิดปกติในการกลายเปนล่ิมของเลือด กลาวคือผูที่เปนโรคนี้เมื่อเกิดบาดแผลเลือดจะไหลออกงายและหยุดยาก ถาเลือดออกในอวัยวะสําคัญและใหการรักษาไมทันอาจถึงตายได การถายทอดโรคฮีโมฟเลียที่รูจักกันแพรหลายพบในศตวรรษที่ 19 ในราชวงศอังกฤษโดยมีพระนาง วิคตอเรียเปนพาหะ(Carrier) ของโรค ดังแผนภาพพงศาวลี

2. โรคกระดูกผุจากการตอตานวิตามินดี (Vitamin D-resistant vickets) เกิดจากความผิดปกติของจีนเดนบนโครโมโซม X ทําใหขาดฟอสเฟตในเลือด พบอาการรุนแรงในเพศชาย บางลักษณะอาจทําใหถึงตายได พอจะถายทอดลักษณะผิดปกติใหลูกสาวทุกคน สวนลูกชายจะไมไดรับการถายทอดจากพอ แตจะไดรับการถายทอดจากแม

3. อาการเพศชายเอกซเอกซ (XX male syndrome) เกิดจากการแลกเปลี่ยนชิ้นสวนของแขนขางสั้นของโครโมโซม X และ Y ขณะแบงเซลลแบบไมโอซิสเพื่อสรางเซลลสืบพันธุของพอ ทําใหช้ินสวนของโครโมโซม Y ยายไปอยูบนโครโมโซม X มีโครโมโซมเปน 46, XX มีผลใหการพัฒนาของเพศชายผิดปกติ อัณฑะเล็ก เปนหมัน ความสูงใกลเคียงกับผูหญิง สติปญญาปกติ

4. อาการเทอรเนอร (Turner syndrome) เกิดจากโครโมโซม X หายไป 1 แทง ทําใหมีโครโมโซมเปน 45, XO พบในผูหญิง ถาทารกมีชีวิตรอดจนเปนผูใหญจะมีรูปรางเตี้ยแคระหนาแก ใบ

135

หูส้ัน คอสั้น มีแผนหนังจากตนคอมาจรดหัวไหล ตามักผิดปกติ เชน ตาเหล ตาโปน หรือตาตอกระจกมือและเทามักบวม เนื่องจากเกิดการอุดตันของทอน้ําเหลือง เปนหมัน ไมมีรอบประจําเดือน บางคนอาจมีความผิดปกติของไต หัวใจ และทางเดินอาหารบาง

5. อาการทริเปล-เอกซ (Triple-X syndrome) เกิดจากเพศหญิงมีโครโมโซม X 3 แทง ทําใหมีโครโมโซมเปน 47,XXX ถาทารกมีชีวิตรอดจะมีสติปญญาต่ํากวาปกติ พัฒนาการดานการพูดชาประมาณ 1ใน4 ของคนที่เปนโรคนี้จะเปนหมัน

6. อาการไคลนเฟลเทอร (Klienfelter syndrome) เกิดจากเพศชายมีโครโมโซม X เกินมา 1แทงหรือมากกวา ทําใหมีโครโมโซมเปน 47,XXY หรือ 48, XXXY หรือ 49,XXXXY ทารกที่คลอดแลวมีชีวิตรอดจะมีลักษณะหนาอกและสะโพกผายคลายผูหญิง สวนสูงมากกวาผูชายปกติ บางคนมีสติปญญาต่ํากวาปกติ เปนหมัน บางคนมีลักษณะใบหนาคลายอาการดาวน พบผูปวยโรคนี้ 1-3 คน ในผูชาย 1,000 คน

136

3.3 พันธุวิศวกรรมและการประยุกตใชปจจุบันความรูทางพันธุศาสตรไดมีการพัฒนาใหเจริญกาวหนาไปอยางรวดเร็วในหลาย ๆ

ดาน ที่สําคัญที่จะกลาวถึงในหัวขอนี้ ไดแก พันธุวิศวกรรม การเพาะเลี้ยงเนื้อเยื่อ การผสมเทียมเด็กหลอดแกว และการทํากิฟท รวมทั้งประโยชนของพันธุศาสตร

3.3.1 พันธุวิศวกรรมพันธุวิศวกรรม (Genetic engineering) เปนเทคโนโลยีการเปลี่ยนแปลงสารพันธุกรรมโดย

วิธีการออกแบบสราง เปลี่ยนแปลงและตัดตอจีน (ดีเอ็นเอ) เพื่อใหแสดงลักษณะทางพันธุกรรมที่ตองการออกมา เชน

1. การตัดตอปรับปรุงทางพันธุกรรม (GMOs ยอมาจาก Genetically Modified Organisms)คือ สถานภาพของสิ่งมีชีวิตที่เกิดจากการตัดตอสารพันธุกรรม เชน การคัดเลือกสายพันธุ

ขาวที่มีทั้งคุณภาพดีและตานทานโรค จากสองสายพันธุซ่ึงมีลักษณะเฉพาะตางกันมารวมไวในสายพันธุเดียวกัน วิธีการนี้เรียกวา การแลกเปลี่ยนพันธุแบบมาตรฐาน (Conventional breeding)

โดยทั่วไปมักใชวิธีการเพิ่มดีเอ็นเอเขาในเซลล ทําใหเซลลเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติตามคุณสมบัติของดีเอน็เอที่เพิ่มเขาไป นั่นคือดีเอ็นเอใหมเปนโมเลกุลของดีเอ็นเอที่ไดจากสิ่งมีชีวิตมากกวาหนึ่งชนิด เรียกวา รีคอมบิแนนตดีเอ็นเอ (Recombinant DNA) (ภาพที่ 3-44) มีขั้นตอนการทําดังนี้

1. แยกจีน โดยการใชเอนไซมที่มีคุณสมบัติในการตัดโมเลกุลของดีเอ็นเอ ตรงตําแหนงเฉพาะ

2. นําชิ้นสวนของจีนที่ไดจากการตัดดวยเอนไซมมาใสในจีนของสิ่งมีชีวิตอีกชนิดหนึ่งสวนใหญใชแบคทีเรียเนื่องจากเปนสิ่งมีชีวิตที่เพิ่มจํานวนไดรวดเร็ว และมีดีเอ็นเอเปนรูปวงแหวนที่เรียกวา พลาสมิด (Plasmid) ซ่ึงสามารถเพิ่มจํานวนไดอยางอิสระ

3. นําจีนที่ตัดตอแลวไปใสในสิ่งมีชีวิตที่ตองการใหแสดงลักษณะทางพันธุกรรมที่ตองการออกมา

137

ภาพที่ 3-44 การทํารีคอมบิแนนตดีเอ็นเอ (Raven and Johnson. 2002 : 391)2. การทําสําเนาชีวิตหรือการโคลน (Clonning)เปนการปลูกถายจีนจากสิ่งมีชีวิตหนึ่งไปสูอีกชีวิตหนึ่ง ซ่ึงเรียกวา เซลลเจาบาน (Host) เชน

การโคลนแกะจากเซลลเนื้อเยื่อบริเวณเตานม การโคลนลิงโดยการปลูกถายจีนจากตัวออน การโคลนอวัยวะจากสัตวเพื่อเอาไปใชเปลี่ยนอวัยวะท่ีเสื่อมสภาพที่ใชไมไดแลว หรือที่ไมอาจหาไดจากมนุษย เพื่อชวยชีวิตมนุษย

วิธีการโคลนสามารถทําได 2 วิธี คือ (วิโรจน ไววานิชกิจ. 2544 : http://medinfo.psu.ac.th/smj2/191/1919.html)

1. การแยกเซลลหรือตัดแบงเอ็มบริโอในระยะกอนการฝงตัว (Blastomere separation orembryo bisection)1.1 การแยกเซลล (Blastomere separation) หลังปฏิสนธิเอ็มบริโอระยะ 1 เซลลจะมี

การแบงตัวเปนทวีคูณ จากหนึ่งเปนสอง สองเปนสี่ ส่ีเปนแปด เร่ือย ๆ ไป หากตองการทําแฝดเราสามารถทําโดยการแยกเซลลเดี่ยว ๆ ออกมา เชน หากเปน 2

138

เซลล ก็นํามาแยกเปน 1:1 หรือหากเปน 4 ก็แยกเปน 1:1:1:1 เปนตน อยางไรก็ตามพบวาการเจริญเปนเอ็มบริโอปกติหรือตัวเต็มวัยเอ็มบริโอหลังแบงตองประกอบดวยเซลลจํานวนหนึ่งที่เพียงพอ หากแบงแลวไมพอเพียงก็ไมสามารถเจริญเปนเอ็มบริโอที่ปกติหรือตัวเต็มวัยไดจึงเปนขอจํากัดที่สําคัญอยางหนึ่ง

1.2 การตัดแบงเอ็มบริโอ (Embryo bisection) ใชเอ็มบริโอระยะมอรูลา (Morula) หรือระยะบลาสโทซีส (Blastosis) แบงเปน 2 สวนเทา ๆ กัน โดยใชใบมีดขนาดเล็ก(Microblade) ติดกับเครื่องมือพิเศษที่เรียกวา “Micromanipulator” ขอแตกตางของการตัดแบงระยะมอรูลาและระยะบลาสโทซีส คือ แนวการแบง หากเปนเอ็มบริโอระยะมอรูลาสามารถแบงในแนวใดก็ไดใหสมดุลย (Symmetry) แตหากเปนเอ็มบริโอระยะบลาสโทซีสตองตัดแบงในแนวที่ผานเซลลภายในที่เรียกวา อินเนอรเซลลแมส (Inner cell mass ใชตัวยอ ICM) ทั้งนี้เพราะ เอ็มบริโอระยะนี้เซลลไดมีการเปลี่ยนแปลงไปแลว (Differentiation) แมวาการโคลนสัตวแบบการแยกเซลลหรือการตัดแบงเอ็มบริโอนี้มีขอดี คือสามารถทําไดเร็ว ไมตองมีขั้นตอนมากมาย แตก็มีขอจํากัดคือไมสามารถแบงเอ็มบริโอไดมากตามจํานวนเซลล

2. การยายฝากนิวเคลียส (Nuclear transfer or nuclear transplantation) การยายฝากนิวเคลียสเปนวิธีการที่คอนขางจะซับซอน มีรายละเอียดขั้นตอนโดยยอคือ2.1 เตรียมโอโอไซตตัวรับ (Oocyte recipient preparation)2.2 เตรียมนิวเคลียสจากเอ็มบริโอตนแบบ (Nuclear donor preparation)2.3 ดูดเอานิวเคลียสเอ็มบริโอใสไปในไซโทพลาสซึมของโอโอไซต(Nuclear

transfer)2.4 เชื่อมนิวเคลียสใหติดกับไซโทพลาสซึมของโอโอไซต (Oocyte-nuclear fusion)2.5 การเพาะเลี้ยงเอ็มบริโอ2.6 การยายฝากเอ็มบริโอ

3. ลายพิมพดีเอ็นเอ (DNA Fingerprinting)สรางมาจากดีเอ็นเอซึ่งเปนรหัสพันธุกรรมที่ทําหนาที่ควบคุมลักษณะตาง ๆ ของสิ่งมีชีวิต

รวมทั้งเก็บและถายทอดขอมูลพันธุกรรมไปสูลูกหลาน ลายพิมพดีเอ็นเอสามารถใชบอกความแตกตางของบุคคลหรือส่ิงมีชีวิตแตละชนิด รวมทั้งการพิสูจนความเปนพอแมลูกของมนุษย (วิชัยบุญแสง และคณะ. 2541 : 7)

ในระยะเริ่มตนเทคโนโลยีลายพิมพดีเอ็นเอประกอบดวยกรรมวิธีที่ยุงยาก เชน การสกัด ดีเอ็นเอใหบริสุทธิ์ การใชเอนไซมตัดจําเพาะ การตรวจสอบดวยดีเอ็นเอตรวจสอบ เปนตน แต

139

ปจจุบันเทคโนโลยีลายพิมพดีเอ็นเอทําไดงาย ไมจําเปนตองใชผูเชี่ยวชาญ โดยนําเลือด 1 หยด หรือคราบเลือด หรือคราบอสุจิ มาทําเทคนิคพีซีอาร (PCR ยอมาจาก Polymerase chain reaction) ซ่ึงเปนเทคนิคการเพิ่มปริมาณดีเอ็นเอแบบลูกโซในหลอดทดลอง ทําใหไดปริมาณดีเอ็นเอเพิ่มขึ้นเปนลานๆ เทา ภายในระยะเวลา 2–3 ช่ัวโมง และเทคนิคอารเอฟแอลพี (RFLP ยอมาจาก Restriction Fragment Length Polymorphism) เปนเทคนิคที่ใชเอนไซมตัดจําเพาะตัดสายดีเอ็นเอ เมื่อไดช้ินดีเอ็นเอแลวจึงนํามาทําไฮบริไดเซชัน (Hybridization) ดวยดีเอ็นเอ ตรวจสอบ (DNA probe) ซ่ึงเปนดีเอ็นเอที่มีลําดับคูเบสเขากับดีเอ็นเอของมนุษย หลังจากนั้นจึงนําชิ้นสวนของดีเอ็นเอที่ถูกตัดดวยเอนไซมตัดจําเพาะมาเปรียบเทียบการเพาะเลี้ยงเนื้อเยื่อ

การเพาะเลี้ยงเนื้อเยื่อ (Tissue culture) เปนวิธีการนําเซลลเนื้อเยื่อหรืออวัยวะสวนที่เปนเนื้อเยื่อเจริญของพืชมาเลี้ยงในอาหารสังเคราะห (Synthetic medium) ในสภาพปราศจากเชื้อ (Aseptic condition) ภายใตการควบคุมสภาวะแวดลอมที่เหมาะสม เร่ิมป ค.ศ. 1902 โดย กอตตีฟฮาเบอรลันดต (Gottieb Haberlandt) นักพฤกษศาสตรชาวเยอรมัน ประสบความสําเร็จในการแยกเซลลพืชมาเลี้ยงในอาหารสังเคราะหเพื่อศึกษาคุณสมบัติของเซลล ค.ศ. 1930 ไดมีการเลี้ยงเซลลที่แยกมาจากรากของพืชหลายชนิดในสภาพปลอดเชื้อ จนกระทั่งป ค.ศ. 1938 สามารถเลี้ยงอวัยวะของพืชไดหลายชนิด นับตั้งแตนั้นเปนตนมาเทคนิคการเพาะเลี้ยงเนื้อเยื่อพืชไดมีการพัฒนาไปอยางกวางขวาง ปจจุบันสามารถเลี้ยงเซลลเดียวและโพรโทพลาสต (Protoplast) หรือเซลลไรผนังของพืชหลายชนิด รวมทั้งการใชเทคโนโลยีชีวภาพ เชน การแยก เล้ียงตัดตอ และถายจีน เขามารวมดวย เพื่อประโยชนในดานการศึกษา ทําใหเทคโนโลยีการเพาะเลี้ยงพืชกาวหนาไปอยางมาก และมี บทบาทสําคัญตอวิทยาการแขนงอื่น ๆ เชน ชีวเคมี พันธุศาสตร การปรับปรุงพันธุพืช โรคพืช พฤกษศาสตร เภสัชศาสตร และอุตสาหกรรม เปนตน หลักการในการเพาะเลี้ยงเนื้อเยื่อเพื่อขยายพันธุประกอบดวย 4 ขั้นตอนหลัก ดังนี้(รังสฤกษดิ์ กาวีตะ. 2541 : 74)

1. เทคนิคปลอดเชื้อเพื่อแยกชิ้นสวนปลายยอดมาเลี้ยง (Excised shoot tips) โดยการเลือกใชช้ินสวนจากตากิ่งใตปลายยอดรูปโดม และเนื้อเยื่อที่แกแลว (Vegetative buds) ซ่ึงมักปลอดจากเชื้อไวรัส นํามาขจัดสิ่งปนเปอนออกจากผิวดวยสารฟอกกําจัดเชื้อ (Sterilizing agents หรือ disinfectants) ที่นิยมใชมากที่สุด คือ โซเดียมไฮโพคลอไรด (Sodium hypochloride สูตรเคมี NaOCl) มีช่ือทางการวา คลอรอก (Clorox)

2. การชักนําใหเพิ่มจํานวนหนอมากขึ้น (Shoot multiplication proliferation) จัดเปน ขั้นตอนที่สําคัญที่สุด เนื่องจากการขยายพันธุพืชโดยการเพาะเลี้ยงเนื้อเยื่อจะประสบ

140

ความสําเร็จขึ้นอยูกับการขยายใหไดจํานวนยอดที่มากพอและมีประสิทธิภาพ ซ่ึงอาจทําไดหลายวิธี คือ- การชักนําใหเกิดแคลลัส (Callus induction) เปนการชักนําใหเกิดกลุมเซลลแคลลัส

ซ่ึงเปนเซลลที่อยูรวมกันเปนกลุม และยังไมมีการเปลี่ยนแปลงพัฒนาไปเปนเนื้อเยื่อหรืออวัยวะชนิดตาง ๆ

- การสรางตาพิเศษ (Adventitious buds formation) ดวยการชักนําใหตาซึ่งเกิดจากสวนอื่น ๆ ที่นอกเหนือจากตาขาง ตาใบ หรือตายอด

- การกระตุนใหเกิดกิ่งขาง (Axillary branching formation) ปกติตาขางซึ่งอยูตามซอกใบจะพักตัวเนื่องจากอิทธิพลของตายอด (Apical bud dormaney) เมื่อตายอดถูกตัดทิ้งหรือไดรับอันตราย ตาขางจะสามารถเจริญเติบโตได ในการเพาะเลี้ยงเนื้อเยื่อทําไดโดยเติมสารพวกไซโทไคนิน (Cytokinin) เพื่อขจัดอิทธิพลของตายอด

3. การชักนําใหเกิดราก (Root induction) ในอาหารที่มีสารกระตุนการเจริญเติบโตที่เหมาะสมตอการเกิดราก ปกติอาหารเพาะเลี้ยงที่มีปริมาณเกลือต่ําเหมาะตอการชักนําใหเกิดรากของพืชเกือบทุกชนิด

4. การยายตนที่ชักนําได (Transplantion of planlets) ไปเพาะเลี้ยงในอาหารเพาะเลี้ยง (Media used)

การผสมเทียมเด็กหลอดแกวและการทํากิฟทการผสมเทียมเด็กหลอดแกวเปนจากการชวยเหลือใหเกิดการปฏิสนธิของไขและตัวอสุจิภายนอกรางกายในหลอดแกว

ทดลอง ภายใตส่ิงแวดลอม อุณหภูมิคลายกับภายในรางกาย เมื่อได “ตัวออน” ที่สมบูรณ ในขนาดที่เหมาะสม ก็นํากลับเขาสูภายในรางกายของสตรีผูนั้น เพื่อใหฝงตัวและเจริญเปนทารกภายในโพรงมดลูกตอไป เด็กที่เกิดโดยวิธีนี้เรียกวา เด็กหลอดแกว (In Vitro Fertilization ใชตัวยอ IVF)

ขั้นตอนในการทาํเด็กหลอดแกว มีดังนี้ (เสรี ธีรพงศ. 2546 : http://web.ku.ac.th/schoolnet/snet 4/may11/child.htm)

1. การกระตุนไข โดยใชยาหรือฮอรโมนจากตอมใตสมองสวนหนามากระตุนเพื่อใหไดไขจํานวนมาก ๆ

2. การเก็บไข โดยใชเข็มยาวที่ทําขึ้นมาเฉพาะ เจาะเก็บไขทางหนาทองหรือทางชองคลอด แตสวนใหญเจาะเก็บไข ผานทางชองคลอด เพราะสามารถมองเห็นไขไดโดยตรง จากการใชอัลตราซาวนด (Ultrasound) ชวยทําใหเจาะเก็บไขไดจํานวนมาก

141

3. การเตรียมเชื้ออสุจิ เปนการคัดเชื้อ เพื่อใหไดตัวเชื้ออสุจิ ที่มีคุณสมบัติดีพอที่จะปฏิสนธิกับไข โดยใชตัวอสุจิขนาดความเขมขนประมาณ 100,000 ตัว ตอไข 1 ใบ

การเก็บเชื้ออสุจิ โดยปกติจะใชวิธีใหชวยตัวเอง (masturbation) ไมควรใชวิธีรวมเพศกอนแลวมาหลั่งภายนอก หรือใชถุงยางอนามัย เนื่องจากสารหลอล่ืนภายในถุงยางจะทําลายตัวอสุจิได

4. การเลี้ยงตัวออน เปนขั้นตอนสําคัญที่สุด ในกระบวนการทําเด็กหลอดแกว ภายหลังจากที่ไดไขมาแลวก็จะนํามาเลี้ยงในหลอดแกวทดลอง ที่อุณหภูมิ 37 องศาเซลเซียส ประมาณ 3-6 ช่ัวโมง จากนั้นจึงทําการใสเชื้ออสุจิที่ผานการคัดเชื้อแลวลงไป เมื่อเวลาผานไปประมาณ 18 ช่ัวโมง ก็มาตรวจดูวา มีการปฏิสนธิเกิดขึ้นหรือยัง ถาไมมีการปฏิสนธิเกิดขึ้น ก็ตองตรวจดูวา มีการปฏิสนธิที่ผิดปกติหรือไม หากมีก็คัดตัวออนนั้นทิ้งไป เหลือไวแตตัวออนที่ปกติ เทานั้นในวันที่สอง (ประมาณ 48-50 ช่ัวโมงภายหลังจากเจาะไขออกมา) ตัวออนแตละตัวอยู

ระหวาง 2-8 เซลล ตัวออนแตละตัว จะมีความสมบูรณไมเทากัน เราจัดลําดับความสมบูรณของตัวออน ออกเปนเกรด 1(A), 2(B), 3(C), 4(D) เกรด1 ดีที่สุด เกรด2 ดีรองลงมา ควรจะนําตัวออน เฉพาะเกรด 1 และ 2 เทานั้น ใสกลับเขาสูรางกายคนไขสตรี สวนตัวออนเกรด 3 และ 4 จะนํามาใชเพื่อจําเปนเทานั้น

5. การนําตัวออนกลับเขาสูรางกาย เราสามารถนําตัวออนกลับเขาสูรางกายได 2 ทาง คือ ทางปากมดลูก หรือทางปกมดลูก

6. การแชแข็งตัวออน ตัวออนของมนุษยที่เหลือจากการใสกลับเขาสูรางกายเราจะนํามาแชแข็งที่อุณหภูมิ –196 องศาเซลเซียสตัวออนจะหยุดการเจริญเติบโต แตยังมีชีวิตอยูตอไปไดนานเปนปทีเดียว เมื่อไรจําเปนตองใชก็เพียงแตละลายกลับมาสูอุณหภูมิปกติ

การทํากิฟทการทํากิฟท (GIFT ยอมาจาก Gamete intrafallopian transfer) คือวิธีการที่ใสเชื้ออสุจิ (ที่

เตรียมแลว) และไข (Sperm and egg) เขาไปในทอนําไขของฝายหญิง 1 หรือ 2 ขาง ทั่ว ๆ ไปจะใสไข 2 ฟองรวมกับตัวเชื้ออสุจิ 5 หมื่นถึง 1 แสนตัวตอทอ 1 ขาง (รวมแลวใชไข 4 ฟอง)

การทํากิฟทใชในกรณีตอไปนี้1. ภาวะมีบุตรยากที่ไมทราบสาเหตุ2. เยื่อบุโพรงมดลูกเจริญนอกโพรงมดลูก3. เชื้ออสุจิออนแตไมออนมากนัก4. หลังจากไมสําเร็จจากการผสมเทียมโดยใชเชื้อชายอื่น

142

ขั้นตอนการทํากิฟท มีดังนี้ (“การทํากิฟท”. 2546 : http://www.thaibaby.com/qatrybaby1.htm)1. การกระตุนไขใหไดไขหลาย ๆ ฟอง ในรอบธรรมชาติจะมีไขสุกเพียง 1 ฟองตอเดือน

แตในรอบที่จะใชวิธีชวยการเจริญพันธุ เชน กิฟท จะตองกระตุนใหมีไขสุกหลาย ๆ ฟอง วิธีที่ใช เชน

1.1 วิธีที่ใชระยะเวลายาว (Long protocol) โดยการใหฮอรโมน (GnRHa ยอมาจากgonadotropin releasing hormone agonists) อาจทําโดยการพนยาเขาโพรงจมูกหรือฉีดยาเขาใตผิวหนัง ประมาณ 7-10 วัน กอนที่จะมีประจําเดือนไปจนกระทั่งตรวจพบวาระดับฮอรโมนเอสตราไดออล (Estradiol) มีระดับนอยกวา 30-35 พิโคกรัม ตอซี.ซี จึงเริ่มตนยาฉีดเพื่อกระตุนรังไข ยาที่ใชคือ HMG (ยอมาจาก Human menopausal gonadotropin) หรือ FSH (ยอมาจาก Follicle stimulating hormone) ซ่ึงมีช่ือทางการคาแตกตางกันไป สวนใหญจะใหยาฉีดทุกวัน ติดตามผลการกระตุนรังไขโดยการดูขนาดของถุงไข (Follicle) ดวยเครื่องคลื่นเสียงความถี่สูง อาจใชรวมกับการเจาะเลือดตรวจระดับฮอรโมนวัดความสมบูรณของถุงไข ใหยาจนกระทั่งถุงไขที่มีขนาดเสนผาศูนยกลาง 18-20 มม. (จากการวัด โดยคลื่นเสียงความถี่สูง) จํานวนอยางนอย 2-3 ถุง จึงใหฮอรโมน (HCG ยอมาจาก Human chorionic gonadotropin) ขนาด 5,000-10,000 ยูนิตฉีดเขากลามเนื้อ และจะทําการเจาะเก็บไข (Ovum pick up) หลังจากฉีดยาประมาณ 34-36 ช่ัวโมง

1.2 วิธีที่ใชระยะเวลาสั้น (Short protocol) เปนวิธีการใหฮอรโมน GnRHa โดยการพนยาเขาโพรงจมูกหรือฉีดยาเขาใตผิวหนังโดยเริ่มยาวันที่ 2-3 หลังจากที่มีประจําเดือนและใหยาฉีดเพื่อกระตุนรังไข 1 วันหลังจากไดฮอรโมน GnRHaหลังจากนั้นขั้นตอนจะเหมือนกับวิธีที่ 1.1

2. การเจาะเก็บไข (Ovum pick up) โดยท่ัว ๆ ไปจะใชการเจาะผานทางชองคลอดโดยการใชคล่ืนเสียงความถี่สูงชวย สวนนอยจะเจาะผานผนังหนาทอง หรือผานทางกลองสองผานทางผนังหนาทอง สวนใหญจะกระทําภายใตการใหยาสลบ

3. การเตรียมน้ําอสุจิ จะเตรียมน้ําอสุจิโดยการใหฝายชายเก็บอสุจิดวยการชวยตัวเอง (Masturbation) และนําน้ําอสุจิที่ไดไปเตรียมที่หองปฏิบัติการ

4. การใสอสุจิรวมกับไขเขาไปในทอนําไขของฝายหญิง โดยทั่ว ๆ ไปจะกระทําผานทางกลองสองเจาะผานผนังหนาทอง (สวนนอยจะทําผานโพรงมดลูกและผานสายเขาทอนําไขโดยใชกลองสองภายในโพรงมดลูกหรือใชคล่ืนเสียงความถี่สูงชวย) สวนใหญจะกระทําภายใตการใหยาสลบเพื่อไมใหเจ็บปวด

143

5. หลังใสเชื้ออสุจิและไขเขาทางทอนําไขเรียบรอยแลวจะแนะนําใหนอนพักผอน แตไมถึงขนาดตองนอนนิ่ง ๆ บนเตียงตลอดเวลา อาจทํางานเบา ๆ ไดบาง จะมีการใหยา รับประทานหรือฉีดยาเขากลามเนื้อ หรือใหยาทั้งสองชนิดรวมกัน (ยารับประทานอาจใหเหน็บชองคลอดได) แลวแตแพทยแนะนํา

6. ประมาณ 2 สัปดาหหลังจากทํากิฟท จะนัดมาเจาะเลือดเพื่อดูวาตั้งครรภหรือไมโอกาสตั้งครรภ ประมาณรอยละ 30-40 คาจายคอนขางสูง

3.3.2 การประยุกตใชมนุษยไดนําความรูทางพันธุศาสตรสามารถนําไปใชประโยชนไดหลายดาน ไดแก

1. ดานการแพทยและสาธารณสุข มีการนําเทคโนโลยีทางพันธุศาสตรไปใช ดังนี้- การวินิจฉัยโรค (Diagnosis) ขอมูลที่เกี่ยวของพันธุกรรมหลายอยางมีประโยชนในการ

วินิจฉัยโรค เชน ประวัติครอบครัวผูปวยที่มาพบแพทยดวยโรคโลหิตจางเรื้อรังตั้งแตเด็ก ๆ และมีพี่นองเปนดวย โดยที่พอแมไมไดเปน นาจะนึกถึงโรคทาลัสซีเมีย (Thallassemia disease) เปนตน

- การตรวจแกไขโรคพันธุกรรมบางชนิด เปนการตรวจสภาวะพันธุกรรมของเด็กกอนเกิดโดยใชน้ําคร่ําตรวจหาดีเอ็นเอที่ผิดปกติ จากนั้นก็ทําการแกไขดีเอ็นเอที่ผิดปกตินั้น

- การติดตามรักษาผูปวยโรคมะเร็งเม็ดโลหิตขาวที่ไดรับการปลูกถายไขกระดูก- การพิสูจนความสัมพันธทางสายเลือด โดยใชลายพิมพดีเอ็นเอของพอแมลูกมาพิสูจน- การผลิตฮอรโมนที่ใชทางการแพทย เชน ฮอรโมนอินซูลิน (Insulin) ใชควบคุมโรค

เบาหวาน ฮอรโมนอินเทอรเฟอรอน (Interferons) ใชตอสูกับไวรัส โดยเฉพาะกับมะเร็งผิวหนังและ ลิวคีเมียบางชนิด รวมทั้งชวยรักษาโรครูมาตอยด เปนตน เดิมฮอรโมนเหลานี้ใชวิธีสกัดจากเนื้อเยื่อหรือตอมไรทอของสัตวอ่ืน แตปจจุบันผลิตจากแบคทีเรีย และยีสต ซ่ึงทําการปรับปรุงพันธุโดยใชเทคโนโลยีพันธุวิศวกรรม

- การผลิตวัคซีนที่ปราศจากสารแอนติเจนที่มีพิษ จากการใชเทคโนโลยีพันธุวิศวกรรมสามารถผลิตวัคซีนปองกันโรคตับอกัเสบ โรคเทาเปอยในสัตว โรคกลัวน้ํา เปนตน วัคซีนเหลานี้ทําไดโดยการแยกดีเอ็นเอจากเชื้อโรค เอามาสรางดีเอ็นเอใหมที่มีเฉพาะจีนแอนติเจน นําไปใสในE. coli จากนั้น E. coli จะสรางแอนติบอดีขึ้นมา แลวจึงนําไปแยกทําใหแอนติบอดีบริสุทธิ์เฉพาะที่จําเปนสําหรับการปองกันโรคเทานั้น

- การกําจัดแมลงบางชนิดที่เปนพาหะนําโรค ใชวิธีทําใหเกิดการกลายในระดับจีนหรือโครโมโซม ซ่ึงอาจทําไดโดยการฉายรังสีเอกซที่มีความเขมสูงใหกับแมลง เปนผลใหแมลงตัวผูเปน

144

หมัน ตัวเมียไมสามารถวางไขไดอีกตอไป ประชากรของแมลงที่เปนพาหะนําโรคก็จะลดลงอยางรวดเร็ว

- การประยุกตใชเทคนิคการเพาะเลี้ยงเนื้อเยื่อพืชเพื่อผลิตสารทุติยภูมิ (Secondary metabolites) ที่มีฤทธิ์ทางยา โดยเริ่มจากการเพาะเลี้ยงเนื้อเยื่อพืชสมุนไพรในอาหารกึ่งแข็ง หรืออาหารเหลว แลวหาวิธีการหรือเทคนิคตาง ๆ ไปกระตุนใหเซลลพืชผลิตสารใหมากขึ้น ไดแก การปรับเปลี่ยนสูตรอาหาร การปรับเปลี่ยนสภาวะแวดลอมที่มีผลตอสารสําคัญนั้น ๆ การเติมสารตั้งตน (Precursors) ของขบวนการกึ่งสังเคราะห (Biosynthetic pathway) ลงในอาหารเลี้ยงเซลล และการเหนี่ยวนําเซลลพืชใหเกิดความเครียด (Stress) เปนตน

ขอไดเปรียบของการใชเทคนิคการเพาะเลี้ยงเนื้อเยื่อพืชในการผลิตสารทุติยภูมิเพื่อประโยชนในทางการคา เหนือกวาการปลูกแบบดั้งเดิม หลายประการดังนี้

1) สามารถกําหนดและควบคุมสภาวะมาตรฐานในการเจริญเติบโตไดแนนอน2) ไมมีการผันแปรทางสภาพภูมิอากาศและฤดูกาล3) ใชระยะเวลาในการเพาะปลูกสั้น4) สามารถควบคุมปริมาณการผลิตใหเหมาะสมกับความตองการของตลาด5) สามารถควบคุมคุณภาพของสารทุติยภูมิใหคงที่6) การสกัดแยกสารทุติยภูมิทําไดงายกวา ลดตนทุนการผลิต

ตัวอยางการผลิตสารทุติยภูมิจากการเพาะเลี้ยงเนื้อเยื่อพืชที่ประสบความสําเร็จไดแก การผลิตสารไชโคนิน (Shikonin) ซ่ึงเปนสารสีแดง (Red pigment) และเปนยาฝาดสมานลดการอักเสบสําหรับใชในเครื่องสําอาง

2. ดานอุตสาหกรรมทําการปรับปรุงสายพันธุของจุลินทรียเพื่อสรางจุลินทรียสายพันธุใหมที่มีประสิทธิสูงขึ้น

หรือใชเพิ่มปริมาณจีนเพื่อใชในการเพิ่มผลผลิตหรือเพิ่มคุณภาพในอุตสากรรมบางประเภท เชนอุตสาหกรรมผลิตเบียร ไวน เปนตน

3. ดานการเกษตรกรรม- การปรับปรุงพันธุพืชและสัตว โดยใชความรูเกี่ยวกับการกลายและเทคโนโลยี

ชีวภาพ พัฒนาพันธุพืชและสัตวใหมีลักษณะดีตามที่ตองการ เชน การปรับปรุงพันธุพืช โดยการคัดเลือกพันธุ เทคนิคการเพาะเลี้ยงเนื้อเยื่อ เทคนิคทางพันธุวิศวกรรม รวมทั้งการรวมโพรโทพลาสต (Protoplast fusion) ซ่ึงเปนเซลลพืชที่ถูกยอยผนังเซลลออก เหลือแตเยื่อหุมเซลลของพืชสองชนิดเขาดวยกัน ทําใหไดพืชพันธุใหมที่รวมคุณลักษณะดีของพืชสองชนิดไวดวยกัน มีผลผลิตสูง ทนตอความแหงแลง ทนตอแมลงศัตรูพืช

145

- การขยายพันธุพืช (Micropropagation) ที่มีคาทางเศรษฐกิจ พืชที่มีปญหาดานการปลูกเนื่องจากสภาพแวดลอมไมเหมาะสม และพืชสมุนไพรที่หายาก ดวยเทคนิคการเพาะเลี้ยงเนื้อเยื่อพืช

- การกําจัดโรคพืช เชน กําจัดโรคไวรัสในพืช โดยการเพาะเลี้ยงเนื้อเยื่อในสภาพปราศจากเชื้อ

- การปรับปรุงพันธุสัตวใหมีขนาดใหญขึ้น หรือใหมีน้ํานมมากขึ้น โดยการคัดเลือกพอพันธุ แมพันธุ การใชเทคนิคการผสมเทียม เทคนิคพนัธุวิศวกรรม

- การตรวจสอบพันธุพืชและสัตวเศรษฐกิจ เชน พิสูจนการทําโคลนลูกแกะ4. ดานสิ่งแวดลอมใชเทคโนโลยีพันธุวิศวกรรมปรับปรุงพันธุแบคทีเรียที่ทําลายยุง แบคทีเรียกําจัดพลาสติก

หรือแบคทีเรียที่สามารถเปลี่ยนคุณสมบัติน้ํามันได เปนตน5. ดานนิติเวชไดนําเทคโนโลยีพันธุวิศวกรรมไปใชในการพิสูจนความสัมพันธทางสายเลือด พิสูจนผู

ตองหาในคดีอาชญากรรมตาง ๆนอกจากประโยชนดังกลาวแลว ในอนาคตอาจมีการนําลายพิมพดีเอ็นเอ ไปใชแทนการใช

ลายเสนนิ้วมือเพื่อทําบัตรประชาชน ซ่ึงจะอํานวยประโยชนในการสืบหาตัวบุคคลไดรวดเร็วและถูกตองมากขึ้น โดยเฉพาะกรณีการสืบหาตัวบุคคลที่เสียชีวิตแลวและอยูในสภาพที่ไมสามารถระบุจากรูปพรรณสัณฐานภายนอกไดวาเปนใคร เชน กรณีเครื่องบินตก เรือลม ไฟไหม เปนตน

146

แบบฝกหัดหนวยที่ 3

1. จงเลือกคําตอบที่ถูกตองที่สุดเพียงคําตอบเดียว1.1 ขอใดอยูในสภาพเฮเทอโรไซกัส (Heterozygous)

ก. จีนเดนจับคูกับจีนเดน ข. จีนดอยจับคูกับจีนดอยค. จีนเดนจับคูกับจีนดอย ง. ถูกทุกขอ

1.2 การผสมหนึ่งลักษณะ (Monohybrid cross) ของเมนเดล ในรุนที่ 2 (F2) จะปรากฏลักษณะเดนพันธุแท (True breeding) เปนสัดสวนเทาใด

ก. 41 ข.

31 ค.

21 ง.

32

1.3 ในการผสมพันธุลักษณะเดนไมสมบูรณ (Incomplete dominance) โดยใชพอแมพันธุแทในรุนที่ 1 (F1) จะปรากฏฟโนไทปกี่แบบก. 1 ข. 2 ค. 3 ง. 4

1.4 ในการผสมพันธุถ่ัวลันเตาเฮเทอโรไซกัสทั้งรูปรางเมล็ดและสีเมล็ด คูจีน (Allele) ของเซลลสืบพันธุจะเปนอยางไรกําหนดให S แทนจีนเดน กําหนดลักษณะเมล็ดกลม

s แทนจีนดอย กําหนดลักษณะเมล็ดขรุขระ Y แทนจีนเดน กําหนดลักษณะเมล็ดสีเหลือง y แทนจีนดอย กําหนดลักษณะเมล็ดสีเขียวก. 50 % Sy, 50 % sYข. 25 % SY, 25 % Sy, 25 % sY, 25 % syค. 50 % sy, 50 % SYง. 50 % SsYy, 50 % SSYY

1.5 ในการผสมสองลักษณะของสิ่งมีชีวิตที่เปนเฮเทอโรไซกัส รุนที่ 2 (F2) จะมีอัตราสวน ฟโนไทปเปน 9:3:3:1 เมื่อไร

ก. จีนเหลานั้นอยูบนโครโมโซมคูเหมือนข. แตละจีนเกิดการกลายพันธุสองครั้งค. คูจีนรวมกันอยางอิสระระหวางไมโอซิสง. ไมมีคําตอบที่ถูกตอง

147

1.6 การผสมในขอใด ที่ทําใหอัตราสวนฟโนไทปเปน 9:3:3:1ก. SSYY x SSYYข. SsYY x SSYyค. SSyy x ssYYง. SsYy x SsYy

1.7 เซลลสืบพันธุของพืชที่มีจีโนไทป AaBb จะมีจีโนไทปอยางไรก. Aa และ Bbข. AB และ abค. Aa, Bb, AB และ abง. AB, Ab, aB และ ab

1.8 ลักษณะผิดปกติทางพันธุกรรมเกิดจากสาเหตุใดก. การกลายพันธุของจีนข. การเปลี่ยนแปลงโครงสรางของโครโมโซมค. การเปลี่ยนแปลงจํานวนของโครโมโซมง. ถูกทุกขอ

1.9 ตอไปนี้เปนการกลายพันธุซ่ึงเกิดจากการเปลี่ยนแปลงโครงสรางของโครโมโซม ยกเวน ขอใด

ก. พอลิพลอยดี (Polyploidy)ข. การเพิ่มขึ้น (Duplication)ค. การโยกยาย (Translocation)ง. การขาดหายไป (Deficiency หรือ Deletion)

1.10 ขอใดเปนโรคพันธุกรรมที่ทําใหเกิดอาการปญญาออน และเกิดจากความผิดปกติของโครโมโซมรางกาย

ก. อาการเทอรเนอรข. อาการดาวนค. โรคฮีโมฟเลียง. โรคซิกเกิล เซลล อะนีเมีย

148

2. จงใหความหมายตอไปนี้2.1 ลักษณะเดน (Dominant)2.2 ลักษณะดอย (Recessive)2.3 จีโนไทป (Genotype)2.4 ฟโนไทป (Phenotype)2.5 คูจีน (Allele)2.6 ฮอมอไซกัส (Homozygous)2.7 เฮเทอโรไซกัส (Heterozygous)2.8 ลักษณะเดนไมสมบูรณ (Incomplete dominant)2.9 พอลิจีน (Polygene)2.10 การกลายพันธุ (Mutation)

3. จงอธิบายกฎของเมนเดล (Mendel’s principle)……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 4. ในการถายทอดลักษณะตาบอดสี (Color blindness) ของครอบครัวหนึ่งปรากฏดังแผนภาพ จงหาจีโนไทปของทุกคนในครอบครัวนี้

1. 2.

5. 3. 4. 6.

7. 8. 9. 10.

ตาปกติ ตาบอดสี

149

คนที่ จีโนไทป คนที่ จีโนไทป1 62 73 84 95 10

5. ชายคนหนึ่งมีกลุมเลือด B แตงงานกับหญิงมีกลุมเลือด O โอกาสจะมีลูกกลุมเลือดใดบางจงแสดงวิธีอธิบายประกอบ…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

6. ความกาวหนาทางพันธุศาสตรดานพันธุวิศวกรรมมีอะไรบาง และสามารถนําไปใชประโยชนไดอยางไร………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………