نجح باحثون من جامعة تل أبيب في عزل الجين الذي ينشط آلية التكاثر اللاجنسي في النباتات

وقد يحدث هذا الاكتشاف ثورة في الزراعة ويعزز الأمن الغذائي في العالم

تمكن باحثون من جامعة تل أبيب من عزل جين، يؤدي الإفراط في التعبير عنه إلى تنشيط آلية التكاثر اللاجنسي في النباتات. قد يسلط هذا الاكتشاف الضوء على الانتقال التطوري للأنواع من البحر إلى الأرض وإحداث ثورة في الزراعة.

الدراسة التي بدأت قبل عقد من الزمن، أجريت من قبل مجموعتين بحثيتين: مجموعة البروفيسور نير أوهاد، عضو قسم البيولوجيا الجزيئية وبيئة النبات ومدير مركز مان للسلامة والأمن الغذائي في جامعة تل أبيب. بمشاركة الزميل البحثي د. افيفا كاتس و د. عيدان بيرمان من كلية العلوم الحياتية في جامعة تل ابيب، ومجموعة البروفيسور رالف راسكي رئيس قسم التكنولوجيا الحيوية النباتية في جامعة فرايبورغ في ألمانيا. بمشاركة طالبة الدكتوراه نيللي هورس ومديرة المجموعة البحثية الدكتورة إيفا ديكر. نُشرت نتائج البحث الليلة الماضية (18.1) في مجلة Nature Plants المرموقة.

يوضح البروفيسور أوهاد: "كقاعدة عامة، يجب التمييز بين التكاثر الجنسي والتكاثر اللاجنسي". "في التكاثر الجنسي، يتحد اثنان من الأمشاج لتكوين الجيل التالي. نظرًا لأن الأمشاج من آباء مختلفين تأتي بحمل جيني مختلف، فإن النسل سيحتوي على نصف جينات كل من الوالدين. لقد أدى "المنطق" التطوري إلى خلق ذرية مختلفة، قد يتكيف كل منها بشكل مختلف قليلاً مع البيئة. وهذا التنوع يضمن البقاء. إذا أصبحنا جميعًا متماثلين تمامًا، فقد تؤدي حالة جديدة إلى محو النوع بأكمله. ومن ناحية أخرى، ليس من الممكن دائمًا العثور على شريك جنسي للإنجاب. فالنبات الذي ينمو في بيئة تجعل من الصعب عليه التلقيح، على سبيل المثال، سيظل قادرًا على إنتاج ذرية متطابقة إذا كان لديه الآلية القديمة للتكاثر اللاجنسي. إنه نوع من النسخ الاحتياطي التطوري للنبات."

أحد هذه النباتات، التي تتكاثر جنسيًا، هو طحلب من نوع Physcomitrella patens، والذي تم اختياره ليكون النبات النموذجي للدراسة. ومن خلال التعبير عن جين واحد يسمى BELL1 في جميع أنسجة النبات، جعل الباحثون الطحلب ينتج أجنة ليس في الأجهزة التناسلية ولكن في أنسجة مشابهة لـ "سيقان" الطحلب. تطورت هذه الأجنة المتطابقة إلى البالغين وأنتجت ذرية خصبة خاصة بها.

يقول البروفيسور أوهاد: "لقد عزلنا جينًا محددًا كنا نبحث عنه لفترة طويلة في جميع أنواع الأنظمة النباتية". "من خلال التعبير عن هذا الجين، تجاوزنا الحاجة إلى عملية التكاثر والأنظمة التناسلية، وجعلنا النبات يخلق الجيل التالي بشكل مستقل ودون تخصيب. الجين الذي حددناه يخضع للسيطرة اللاجينية في النبات، وهو النظام المسؤول عن التعبير الجيني وفقًا للتغذية المرتدة من البيئة الداخلية والخارجية. في لغة السؤال، يشبه النظام اللاجيني نظام المعاني الكتابية: فهو لا يغير ما هو مكتوب، في هذه الحالة الشفرة الوراثية، ولكنه يرشد كيف ينبغي قراءته وتفسيره. ومن خلال التعبير عن جين BELL1 في النبات، قمنا بتحفيز النظام على تنشيط الشفرة الوراثية للنبات، ربما بشكل مشابه للمواقف الطبيعية مثل ظروف الضغط، والتي تجعله يتكاثر بدون شريك."

ويأمل الباحثون أن يشكل البحث الجديد طفرة في فهم تكوين الأجنة غير المخصبة. "إن عملية خلق الأجنة أثناء التطور تتطلب مراحل متوسطة، من الحالة التي كان فيها الجنين وحيد الخلية إلى الحالة التي بدأ فيها الجنين بالانقسام وتكوين الجسم متعدد الخلايا الذي يميز جميع النباتات البرية اليوم. من وجهة نظر علمية، لا يزال هناك ما هو خفي أكثر مما هو ظاهر في التكاثر اللاجنسي، وفي الانتقال من التكاثر اللاجنسي إلى التكاثر الجنسي. هذا هو المفتاح لفهم بدايات حياة جديدة."

بالإضافة إلى ذلك، بما أن هذا الجين محفوظ بين الأنواع النباتية، فإن فهم الآلية الكامنة وراء التكاثر اللاجنسي يمكن أن يمهد الطريق لتنشيط عملية مماثلة في نباتات المحاصيل أيضًا، وبالتالي إنتاج بذور من نباتات مختارة دون استخدام الأمشاج - وهو استنساخ سيسمح الإكثار السريع للنباتات المستهدفة وتخزينها كبذور وتوزيعها على المزارعين بوسائل بسيطة وتكاليف منخفضة.

"هذا هو حلم شركات البذور"، يوضح البروفيسور أوهاد. "إن التكاثر الوراثي الطبيعي، الذي سيتم بواسطة النبات نفسه، هو اسم اللعبة في الزراعة، لأنه يعطي التماثل. تستثمر شركات البذور المال والوقت لتحسين وإنشاء أصناف متفوقة تتمتع بالخصائص المرغوبة والمعايير الغذائية الصحيحة، ونباتات ذات مذاق جيد لثمارها ومقاومة للأمراض وما إلى ذلك. نريد إعادة إنتاج هذه السلالات دون إشراك الخلايا الجنسية. الإمكانات الغذائية والاقتصادية هنا هائلة. إن إنتاج بذور متطابقة سيجعل من الممكن الحفاظ عليها لفترة طويلة، وتسويقها وتوزيعها على المزارعين بطريقة سهلة ورخيصة، وهو الأمر الذي يمكن أن يعزز الأمن الغذائي في العالم بشكل كبير.