الجينات التي تنقذ الريحان من الأمراض

رئيس مختبر وراثة أمراض النبات في جامعة بار إيلان، الحائز على جائزة إسرائيل البروفيسور يغال كوهين ورئيس علماء الوراثة في المختبر د. ياريف بن نعيم وأعضاء شركة جينيسيس للبذور الذين نجحوا في تحسين الصالحة للأكل أصناف الريحان ذات جين مقاومة مرض القفزة من الأصناف البرية غير الصالحة للأكل وتهجينها الطبيعي مع النباتات المزروعة يخلق ذرية عقيمة

في المرة القادمة التي تتناول فيها الرافيولي في صلصة البيستو، اعلم أن هذه المتعة تكاد تكون محرومة منك. يتسبب مرض فطري حاد في أضرار جسيمة للريحان في جميع أنحاء العالم ويجعله غير صالح للأكل وغير اقتصادي بالنسبة للمزارعين.

ظهرت آفة القفزة (Peronospora belbahrii) قبل عقد من الزمن في سويسرا، ومنذ ذلك الحين انتشرت باعتبارها وباء عالمي وتوجد في كل مكان يزرع فيه الريحان الحلو (الريحان الإيطالي). ظهر في إسرائيل لأول مرة عام 2011. وتجلت أعراض المرض في تشوه الأوراق، واصفرارها، وظهور جراثيم سوداء على الجانب السفلي من الأوراق وفي مراحل متقدمة موت وتساقط الأوراق. أفاد باحثون في جامعة بار إيلان وشركة Genesis Seed الآن أنهم نجحوا في تطوير سلالة مقاومة للفطريات المسببة للمرض دون استخدام الهندسة الوراثية. وتقوم جامعة بار إيلان بتسويق هذا الاكتشاف من خلال شركة بيراد للبحث والتطوير المحدودة (شركة تسويق المعرفة التابعة لجامعة بار إيلان).

يوضح رئيس مختبر وراثة أمراض النبات في جامعة بار إيلان، الحائز على جائزة إسرائيل البروفيسور يغال كوهين ورئيس علماء الوراثة في المختبر الدكتور ياريف بن نعيم، في مقابلة مع موقع حيدان أن نبات الريحان هو نبات فرع زراعي مهم في إسرائيل، يشكل نحو 50% من سلة التوابل المعدة للتصدير والتي تقدر قيمتها بـ 70 مليون يورو سنويا. "يعتبر الريحان الإسرائيلي عالي الجودة، فهو ذو رائحة طيبة وملمس ولون وعمر افتراضي طويل."

يقول يجال كوهين: "المرض ينتشر في جميع أنحاء العالم. عندما وصل إلى إسرائيل، خسر المزارعون الكثير من الأموال، في إتلاف المحاصيل وعشرات الشحنات التي تم رفضها لأنها عندما وصلت إلى وجهتها تحولت إلى ليكون أسود. وبما أن مختبري يتعامل مع هذا النوع من الأمراض، فقد شرعنا في تحديد المشكلة والبحث عن عدة اتجاهات للعمل للقضاء عليه، أحدها على المدى القصير - الرش والعلاجات الزراعية المناسبة، وعلى المدى الطويل بحثنا عن طريقة لتزويد النبات بالمقاومة الوراثية للمرض. أما بالنسبة للرش، فهنا هناك قيد وهو أن الجهة المنظمة تمنع المزارع من رش نباتات التوابل على نطاق واسع وهذا صحيح. ونود أن نقلل من استخدامها من أجل الصحة العامة."

المقاومة الوراثية تعني أن بعض النباتات أو الأصناف لها جينات فريدة لا تسمح للفطر بالتطور عليها. عندما يحاول الفطر اختراق الأنسجة النباتية، تقوم الجينات بتنشيط عدد من الآليات الخلوية والجزيئية، التي تثبط الفطر ولا تسمح له بتثبيت نفسه في النبات.

أول شيء فعلناه هو مسح جميع أصناف الريحان التجارية (Ocimum basilicum) في العالم. ولسوء الحظ، لم نعثر على صنف واحد يمنحه تنوعه الوراثي مقاومة تمكننا من استخدامه لأغراض الزراعة. وحتى في مسح الأنواع البرية من هذا النوع، لم نجد أي مقاومة، ولذلك طلبنا من بنوك الجينات العالمية جميع الأنواع الموجودة لديها والتي تنتمي إلى جنس Ocimum، الذي ينتمي إليه الريحان المزروع أيضًا. ومن بين مئات الأنواع البرية، تمكنا من تحديد الأنواع الفردية التي كانت مقاومة للمرض. كنا سعداء جدا. لقد قمنا بتربيتها وإكثارها، لكن هذه الأنواع التي تنتمي إلى أنواع أخرى كانت تختلف في الرائحة والطعم والملمس عن الريحان الذي يعرفه المستهلكون. وكانت الخطوة التالية هي محاولة نقل جينات المقاومة من الأنواع البرية إلى الريحان المزروع. ولكن يجب أن نتذكر أن هؤلاء هم "أقارب" بعيدون للريحان ولسوء الحظ فإن القليل منهم فقط هم الذين ابتكروا هجينًا مع النبات المزروع.
ويوضح الدكتور ياريف بن نعيم، عالم الوراثة وباحث أمراض النبات، أنه حتى عندما نجحت عملية التهجين، تم اكتشاف صعوبات إضافية. "لقد تهجين الأصناف المقاومة مع الصنف المزروع ولكن في جميع الأحوال حصلنا على ذرية عقيمة، مثل البغل وهو نسل عقيم من حصان وحصان. يحدث هذا لأنه عند تهجين الأنواع البعيدة، يتم منع انقسام الخلية الأم إلى أمشاج (أمشاج) بسبب عدم التوازن في عدد الكروموسومات. لذلك، من أجل الحصول على نباتات محبوسة، من الضروري تكرار عملية الاقتران الأبوي في كل مرة."

على الرغم من أن الأمشاج لا تتشكل عادة في الهجينة ثنائية الجنس، إلا أن هناك حالات استثنائية تتشكل فيها الأمشاج، ولكن تلك الحالات ذات الحمل الصبغي غير المتوازن. وأفضل مثال معروف لدى البشر هو متلازمة داون. في هذه الحالة، يتكون الزيجوت (الجنين) من اتحاد مشيج طبيعي واحد (23 كروموسومًا) وأمشاجًا ثانيًا يتكون بشكل غير متماثل ويحتوي على كروموسوم إضافي (24 كروموسومًا). عادة عندما تكون هناك حالة زيادة أو نقص في الكروموسومات، لا يتطور الجنين ويتم إجهاضه. فقط في عدد قليل من الحالات، على سبيل المثال في متلازمة داون، يتطور الجنين، ولكن هذا يدفع ثمن الخطأ الجيني. من أجل الحصول على نباتات الريحان التي هي بالفعل خصبة، قمنا بتطوير طريقة نقوم فيها بتخصيب الزهور المحبوسة بطريقة قسرية مع حبوب اللقاح من الأنواع المزروعة، وبعد 4-6 أيام نقوم بقطع الزهور، واستخراج المخصبة البيض وزراعته في أطباق بتري على وسائط نمو خاصة تحتوي على الهرمونات والمواد المغذية. تتم عملية الاستخراج في مرحلة مبكرة لمنع الإجهاض. ولكن هنا، يتبين أنه في جنس Ocimum هناك ظاهرة أخرى تزيد الأمور تعقيدًا، وهي تعدد الصيغ الصبغية - وهي ظاهرة لا يوجد فيها جينوم واحد كما لدينا نحن البشر، ولكن الحالة التي تحتوي فيها الخلية الواحدة على اثنين وثلاثة وحتى أربعة الجينومات الفرعية. وهذه الظاهرة تجعل عملية التحسين صعبة وهي معروفة ومعروفة في القمح والذرة والبطاطس.
وفي عملية الاستخراج، تم تخصيب عشرات الآلاف من البويضات وتم الحصول منها على 115 نباتًا ناضجًا. وعلى الرغم من انخفاض معدل النجاح، فقد تبين أن جين المقاومة هو السائد ويوجد في جينومين فرعيين. ومن تلك النباتات الـ 115 تمكنا من الوصول إلى الجيل الأول الذي كان مقاومًا وخصبًا. ومع ذلك، كانت الجودة التجارية سيئة وكان علينا تهجين هذه النباتات مع الأصناف مع الاحتفاظ بجين المقاومة على جينوم فرعي واحد فقط. وبالتعاون مع قسم الكيمياء في الجامعة نجحنا بعد عدة أجيال في الحصول على ريحان خصب ومقاوم تمامًا وذو رائحة عالية الجودة. طريقتنا تجعل من الممكن نقل أي سمة من الأنواع البرية وإثراء المجموعة الوراثية للريحان. واليوم نعمل بنجاح على نقل جينات إضافية للمقاومة.
اهتمت شركة Genesis Seed بالملكية الفكرية التي أنشأها الباحثون وبدأت في تداول الأصناف المقاومة مع شركة BIRAD التابعة لجامعة بار إيلان.
الدكتور يتسحاق نير، المالك والمدير التنفيذي لشركة "Genesis Seeds" والدكتور أرنون براند، من Genesis Seeds يشرحان كيف وصلا إلى الصورة.
د. نير: "Genesis Seeds هي شركة خاصة تأسست في النقب قبل 20 عامًا بهدف إنشاء صناعة زراعية تتضمن أيضًا ملكية فكرية، وفي الوقت نفسه بدأنا بإنتاج البذور للسوق العالمية. يتمثل نشاط الشركة في زراعة وإنتاج بذور الخضروات والتوابل والزهور. جميع عمليات النمو وإنتاج البذور تتم فقط في إسرائيل باستخدام الطرق المعتمدة للمحاصيل العضوية الصديقة للبيئة. وتقوم الشركة بتسويق شركات البذور فقط البذور التي تنتجها".
تشكل بذور الريحان حوالي ثلث مبيعات الشركة وتتمتع بسمعة كبيرة في توفير بذور الريحان عالية الجودة. معظم الأصناف التي قامت الشركة بتسويقها على مر السنين تمت زراعتها بالتعاون مع البروفيسور ناتيف دوداي، مدير قسم نباتات التوابل في معهد فولكاني. في عام 2016، بدأ التعاون بين Genesis Seeds وجامعة بار إيلان في نقل مقاومة الجنجل لأصناف الريحان المزروعة. بالنسبة لنا، يعد هذا إنجازًا على نطاق عالمي من شأنه أن يساعد مزارعي الريحان على التعامل مع مرض القفزة. هذه دورة سريعة للزراعة وتنفيذ نتائج البحث. في خريف عام 2017، قمنا بإنتاج البذور الأساسية للمربين في مركز أبحاث جينيسيس للبذور في بشليم، وبالفعل في ربيع عام 2018، تمت زراعة مساحات إنتاج القلم الأول 'بروسبيرا' (F1) في منطقة عضوية بمساحة 100 دونم في وادي يزرعيل. كان النمو ناجحًا للغاية وتم جمعه خلال شهر سبتمبر. وبعد التنظيف، نتوقع حوالي 10 أطنان من البذور المعدة للتوزيع في إسرائيل والأسواق العالمية. وتم خلال عام 2018-7 إرسال عينات لعدد كبير من العملاء وتم الحصول على نتائج جيدة تؤكد جودة الصنف ومقاومته الكاملة لمرض القفزة.

يخترع مصنعا جديدا
يشرح الدكتور براند التفرد في زراعة السلالة التي تم تطويرها في جامعة بار إيلان. "ما فعلناه نحن وبار إيلان هو في الواقع اختراع نبتة ذات خصائص جديدة، عندما لا يكون هناك تنوع جيني طبيعي. وقام فريق بار إيلان بالبحث في مئات الأصناف وأقارب الريحان المزروع ولكن لم يتم العثور على المقاومة. وكان لا بد من إعادة اختراع هذه السمة في الريحان المزروع من خلال التهجين مع الأنواع البرية المقاومة من أفريقيا. كان علينا أن نتغلب على حاجز جعل من الصعب للغاية إمكانية التهجين الطبيعي بين الأنواع المقاومة والأنواع المستزرعة. لقد سجلوا براءة اختراع للطريقة وجين المقاومة، بينما سجلنا الصنف في تسجيل حقوق المربين في أوروبا، وفي طور التسجيل في الولايات المتحدة الأمريكية. وفي العام المقبل، نعتزم تداول العديد من الأصناف الجديدة المناسبة للأسواق الأوروبية والأمريكية. تم إرسال البذور التجريبية إلى عدة دول مثل أستراليا وألمانيا وهولندا والولايات المتحدة الأمريكية وإيطاليا - "عاصمة الريحان في العالم". النتائج تتحدث عن نفسها مع ردود فعل إيجابية للغاية. كان معظم العالم متشككًا تمامًا بشأن المقاومة ضد القفزات لأن المحاولات السابقة لإدخال أصناف "متسامحة" لم توفر مقاومة للمرض. هذه هي المرة الأولى التي يرى فيها المزارعون من جميع أنحاء العالم مقاومة كاملة دون علامات على المنتجات."

وقال الدكتور فرانسيس شاليط، نائب رئيس تطوير الأعمال في بيراد: "تفتخر شركة بيراد (الشركة المنفذة لجامعة بار إيلان) باستخدام المعرفة والخبرة المتراكمة للبروفيسور ييغال كوهين، الخبير العالمي في علم الأمراض في بار إيلان". جامعة إيلان والحائزة على جائزة إسرائيل للأبحاث الزراعية، لصالح الزراعة (والمزارعين) في إسرائيل والعالم أجمع. لقد ساعدت تطوراته غير العادية وتساعد على حل المشكلات العالمية التي يعاني منها عالم الزراعة - الأمراض النباتية التي تسببها الآفات. هناك فكرة لإتقان الطريقة الفريدة التي اتبعها كوهين وفريقه المختبري والتي أدت إلى تطوير أصناف الريحان المقاومة أيضًا للمحاصيل الأخرى."

وعلى أساس المعرفة والخلفية الجينية التي تم العثور عليها، بدأت شركة "جينيسيس سيدز" في تسويق أصناف الريحان الجديدة تحت اسم "بروسبيرا" (مزيج من اسم مرض بيرونوسبورا والازدهار)، وهي تمثل طفرة غير مسبوقة من حيث المقاومة ضد الطاعون القفز. هذه الأصناف قيد الاختبار في إسرائيل وفي جميع أنحاء العالم ويتم اختبار ملاءمتها لطرق التربية المختلفة. في هذه الأيام، بدأت شركة جينيسيس بإنتاج البذور في ظروف عضوية على نطاق تجاري لتسويقها في إسرائيل وفي جميع أنحاء العالم. وتمت زراعة النباتات في مزرعة الإنتاج التابعة للشركة في وادي يزرعيل، وسيتم إنتاج البذور في مصنع الإنتاج التابع للشركة في أشليم في النقب.