علم الوراثة / سيتم اليوم نشر جينوم نبات الأرابيدوبسيس ثاليانا
بواسطة تمارا تروبمان
لقد انتهت إحدى أهم العمليات العلمية التي أجريت في السنوات الأخيرة: سينشر العلماء اليوم ولأول مرة الجينوم الكامل للنبات. يشبه النبات عشبًا صغيرًا واسمه أرابيدوبسيس ثاليانا. وعلى عكس بعض أقاربه - الكرنب والقرنبيط والقرنبيط - فإنه لم يحظ بالكثير من الاهتمام العام. ولكن في السنوات الأخيرة، تم استخدامه من قبل علماء الأحياء لفهم بعض آليات الحياة الأساسية في النباتات والحيوانات، بما في ذلك البشر.
وقال بعض العلماء المشاركين في المشروع إن فك شيفرة جينوم الأرابيدوبسيس سيؤثر على البشرية أكثر من فك شيفرة الجينوم البشري. وذلك لأنه سيكون مفيدا بشكل حاسم لتطوير محاصيل جديدة من شأنها أن تساعد في تخفيف محنة الجوع وسوء التغذية في العالم الثالث.
واستمر المشروع - الذي شارك فيه علماء من جامعات في أوروبا واليابان والولايات المتحدة الأمريكية - لمدة أربع سنوات. وفي هذه العملية، حدد العلماء تسلسل وحدات الحمض النووي للنبات. تتكون وحدات الحمض النووي من قواعد كيميائية، ويتم ترتيبها على طول الجينوم في مجموعات مختلفة. وفي تلك المجموعات من وحدات الحمض النووي مكتوبة وصفات لإنتاج البروتينات التي تقوم بجميع العمليات البيولوجية للكائن الحي.
يقول الدكتور داني شيموفيتز من جامعة تل أبيب وأحد رواد دراسة نبات الأرابيدوبسيس في إسرائيل: "إن حماسنا الكبير لاستكمال فك رموز جينوم الأرابيدوبسيس، يعود إلى حقيقة أن الاكتشافات التي نستمدها من لها آثار ضخمة على علم الأحياء ككل."
يعتبر نبات الأرابيدوبسيس بمثابة ما يسميه العلماء "النبات النموذجي"، أي نبات يسهل دراسته، والاكتشافات الموجودة فيه صالحة إلى حد كبير بالنسبة للنباتات والحيوانات الأخرى أيضًا.
من السهل دراسة الأرابيدوبسيس لأن دورة حياته سريعة وجينومه صغير نسبيًا. لكن جميع الجينات الموجودة فيه تقريبًا موجودة أيضًا في نباتات أخرى، لذا بدلاً من محاولة التعرف على الجينات في نباتات مثل أشجار الحمضيات -التي تحتوي على جينومات ضخمة وتستغرق وقتًا طويلاً للنمو- من الأسهل التعرف عليها وتحديد دورها في مجموعة صغيرة جدًا. نبات مثل نبات الأرابيدوبسيس.
ويقول البروفيسور يوسي شيلو، من كلية ساكلر للطب في جامعة تل أبيب، إن التفسير له آثار مباشرة على الأبحاث الطبية. ويقول: "بالنسبة لي، كعالم وراثة بشرية، يعد هذا الشيء بمثابة رافعة هائلة للبحث الطبي ولتعزيز دراسة الجينوم البشري".
لقد حدث في الماضي أن علماء الأحياء الذين درسوا الأرابيدوبسيس، والذين حددوا الجينات ووصفوا وظيفتها، ساعدوا علماء الأحياء الذين درسوا الجينوم البشري على اكتشاف أن الطفرات في تلك الجينات هي المسؤولة عن تطور الأمراض.
وهكذا، على سبيل المثال، اكتشف الدكتور شيموفيتز وزملاؤه مجموعة من الجينات في الأرابيدوبسيس تسمى CFN المسؤولة عن تنظيم نمو النبات استجابة للتعرض للضوء. وقد اكتشف مؤخرا أن هذه المجموعة من الجينات موجودة أيضا في البشر، وتثير أدلة جديدة من التجارب على الحيوانات احتمال أن تؤثر الجينات من المجموعة على استجابة جسم الإنسان للضوء، وتطور السرطان والتخلف العقلي.
"اعتبارًا من اليوم، أصبح جينوم الأرابيدوبسيس بأكمله متاحًا عبر الإنترنت للبشرية جمعاء، لأنه يتم فك شفرته من قبل المؤسسات الممولة من الأموال العامة. في رأيي، هذا إنجاز كبير"، يقول البروفيسور يوسي هيرشبيرغ، عالم الوراثة البارز في مجال أبحاث علم الوراثة النباتية من الجامعة العبرية.
يهتم العلماء أيضًا بفهم كيف تمكن الأرابيدوبسيس من التكيف مع العديد من البيئات المناخية المختلفة - حيث تمتد مناطق نموه من القطب الشمالي إلى خط الاستواء (في إسرائيل ينمو في حرمون).
ويقول هيرشبيرج إنه إذا نجح الباحثون في معرفة الجينات التي تمنح نبات الأرابيدوبسيس مقاومته، فسيكون بمقدورهم زرعها عن طريق الهندسة الوراثية أيضًا في المحاصيل - التي فقدت السمات التي جعلتها مقاومة في عملية التكاثر - وإنشاء محاصيل أكثر مقاومة. مقاومة للآفات والأمراض.
أثناء فك التشفير، فوجئ علماء الوراثة عندما وجدوا أن نبات الأرابيدوبسيس يحتوي على جينات أكثر من الدودة الخيطية أو ذبابة الفاكهة. يقول البروفيسور هيرشبيرج: "إذا أخذت في الاعتبار أن الذبابة، وهي حيوان له دماغ والقدرة على التعلم والحركة، لديها حوالي 13,000 جين فقط، فهذا أمر مذهل". "وهذا يعني أن النباتات أكثر تعقيدا مما كنا نعتقد."
تفسير ذلك، كما يقول البروفيسور هيرشبيرج، هو أنه عندما تكون النباتات باردة، أو تتعرض للهجوم، فإنها لا تستطيع النهوض والهرب، لذلك طورت خلال التطور آليات دفاع وتحكم متطورة. بعض القرائن على التغييرات التي مر بها النبات في الماضي البعيد لا تزال موجودة في جينومه. والآن، مع الانتهاء من فك رموز الجينوم، سيكون من الممكن فهم التغيرات الجينية التي مر بها النبات، وبالتالي فهم تطور الحياة على الأرض بشكل أفضل.
وقال الدكتور مايكل بوين، أحد الشركاء البريطانيين في المشروع، في مؤتمر صحفي: "هذا اليوم أحد أكثر الجينومات دقة واكتمالًا لدينا". وقام الباحثون بعملية شاملة لما يعرف بـ "تفسير" الجينوم، حيث قاموا، بناءً على الجينات المعروفة بالفعل وبمساعدة برامج الكمبيوتر، بتقدير العدد الإجمالي للجينات ووظيفتها. ولكن لا يزال هناك الكثير من العمل لمعرفة وتوصيف الأدوار الدقيقة لكل من الجينات.
وفي نهاية المقال المفصل للنتائج التي توصل إليها الباحثون -والمنشورة اليوم في مجلة "الطبيعة" العلمية- يشيرون إلى أن القرن العشرين بدأ بالاعتراف باكتشافات الراهب التشيكي مندل، الذي درس نباتات البازلاء العطرة في حديقة الدير واكتشف مبادئ الوراثة. وينتهي القرن اليوم، بالكشف عن الجينوم الكامل لنبات نموذجي، الأرابيدوبسيس.
{ظهر في صحيفة هآرتس بتاريخ 14/12/2000}
كان موقع المعرفة حتى نهاية عام 2002 جزءًا من بوابة IOL التابعة لمجموعة هآرتس
