ووجد الباحثون علاقة إحصائية بين النباتات المستأنسة بنجاح، مثل القمح، والنباتات التي خضعت لمضاعفة المادة الوراثية، ونشرت نتائج الدراسة الجديدة في مجلة Nature Plants.
تقدم الأبحاث في جامعة تل أبيب فهمًا مبتكرًا لعمليات تدجين الأنواع الزراعية، بعد مئات السنين من آخر عملية تدجين ناجحة. إن تدجين الأنواع، أي تكيف الأنواع البرية مع احتياجات الإنسان، أدى على مر السنين إلى ظهور نباتات مقاومة للأمراض، والعناصر، ولها عمر افتراضي طويل، وما إلى ذلك. وتزداد أهمية هذه الأهداف مع النمو السكاني وانخفاض كمية الموارد الطبيعية المتاحة.
نتائج الدراسة، التي أجراها الدكتور إيتاي ميروز، والدكتور أيليت سلمان مينكوف، والدكتور نيف سابات من مختبر تطور النبات والمعلوماتية الحيوية في جامعة تل أبيب، نُشرت الأسبوع الماضي (الاثنين) في مجلة Nature Plants المرموقة، وتقديم أمل جديد للزراعة الحديثة، وبالتالي لقائمة البشرية.
منذ بداية الثورة الزراعية، وعلى مدى 13,000 ألف سنة مضت، حاول الإنسان زراعة وزراعة مجموعة كبيرة ومتنوعة من النباتات لتلبية احتياجاته، ولكن تم تدجين عدد قليل فقط من هذه النباتات لأغراض الزراعة بنجاح. في القرون الأخيرة، وعلى الرغم من كل إنجازاته العلمية والتكنولوجية، لم يتمكن الإنسان من استئناس أي نوع جديد.
توضح دراسة جديدة في جامعة تل أبيب أن هذا النجاح الجزئي للإنسان يرتبط بتضاعفات الجينوم التي تحدث في الخلايا النباتية: فالنباتات التي تم تدجينها بنجاح - مثل القمح والبطاطس والقهوة والسكر - تميل إلى أن تكون "نباتات متعددة الصبغيات"، أي تلك التي تترك نسلها بأكثر من مجموعة من الكروموسومات.
معظم الثدييات، بما في ذلك البشر، هي "ثنائية الصيغة الصبغية"، مما يعني أنها تحمل نسختين من كل كروموسوم. فالجينوم البشري، على سبيل المثال، يتكون من 23 زوجا من الكروموسومات. وتوجد المعلومات الوراثية في كل خلية في جسم الإنسان باستثناء الخلايا الجنسية التي تحتوي على مجموعة واحدة من الكروموسومات. لكن العديد من النباتات متعددة الصبغيات، مما يعني أنها تحمل نسخًا عديدة من الجينوم بأكمله.
يوضح الدكتور ميروز: "في النباتات متعددة الصبغيات نجد أربع وستات وحتى ثمانية كروموسومات". "على مدار قرن من الزمان، حاول الباحثون فهم الأهمية التطورية لهذه الظاهرة، وعلى الرغم من العديد من الفرضيات والكثير من الأبحاث التي تم إجراؤها، فإن مسألة تعدد الصبغيات الصبغية تظل سؤالًا مفتوحًا من وجهة نظر علمية. ليس من الواضح بالنسبة لنا ما هي المزايا التطورية لوراثة نسخ إضافية من المعلومات الجينية، لذلك ليس من الواضح لنا لماذا تستثمر النباتات الطاقة اللازمة للتكاثر الجينومي كجزء من الصراع من أجل البقاء.
لقد أثبت الدكتور ميروز وفريقه في الماضي أن النباتات متعددة الصبغيات تكرر معلوماتها الوراثية كاستجابة للمواقف العصيبة، أي للضغوط البيئية. يقول الدكتور ميروز: "عندما يكون النبات في خطر، فإنه يقامر ويكرر كروموسوماته". "تسمح الكروموسومات الإضافية بنطاق أوسع من الميراث الجيني، حيث أن كل نسخة من الجين يمكن أن تتمايز إلى وظيفة فرعية مختلفة. إنها محاولة يائسة من جانب النبات، الذي يفشل في معظم الحالات، في تكييف نسله مع البيئة."
وفي دراستهم الجديدة، أثبت الباحثون أنه في حالة واحدة على الأقل، تؤتي مقامرة النباتات ثمارها: تدجين الإنسان. في المختبر الحسابي للدكتور ميروز، قمنا ببناء قاعدة بيانات لمجموعات لا حصر لها من النباتات وبياناتها الجينومية. وفي وقت لاحق، طور الباحثون خوارزمية حسابية يمكنها تحديد النباتات التي خضعت للتضاعف الجيني أثناء التطور، أي أنها أصبحت متعددة الصبغيات، في العشرين مليون سنة الماضية.
يقول الدكتور ميروز: «عندما قمنا بمقارنة كل هذه البيانات مع قائمة النباتات التي قام البشر بتدجينها، وجدنا علاقة ارتباط واضحة». "لقد رأينا أن 30٪ من الأنواع التي تم تدجينها بنجاح من قبل الإنسان خضعت للازدواج الجيني، وهو معدل أعلى بكثير مقارنة بالنباتات البرية. وهذا ينطبق على النباتات مثل القمح والبطاطس والبطاطا والقهوة والسكر والفول السوداني والفراولة والقطن والتبغ. القائمة طويلة."
ووفقا للباحثين، فإن هذه النتائج تلقي ضوءا جديدا على الثورة الزراعية. "على النقيض من الانتقاء الطبيعي، فإن الانتقاء البشري الاصطناعي يفيد في الواقع النباتات متعددة الصبغيات. إن تعدد الكروموسومات سمح للإنسان بالتلاعب بخصائص النبات والحصول على أفضل النتائج منها لتلبية احتياجاته. وبطبيعة الحال، هذا لا يعني أن أسلافنا عرفوا كيفية التمييز بين النباتات التي خضعت للتضاعف الجيني وتلك التي لم تخضع لذلك. لقد حاول الإنسان تدجين النباتات بشكل عشوائي، وقد نجحت هذه التجارب في كثير من الأحيان مع النباتات متعددة الصيغ الصبغية، لصالح الإنسان، وفي كثير من الأحيان ضد الانتقاء الطبيعي للنبات. وربما نكون مخطئين: ربما كانت محاولات الإنسان للتدجين هي التي مارست الضغط البيئي على النباتات، مما أدى إلى مضاعفة الجينوم، وأتاح للإنسان اللعب بها بنجاح كبير. وما زلنا لا نعرف ما هو السبب وما وراءه".
بالإضافة إلى الاستنتاجات التاريخية، فإن البحث الجديد الذي أجراه الدكتور ميروز وفريقه له أيضًا آثار على مستقبل التدجين، وربما مستقبل النظام الغذائي للبشرية. "في مئات السنين الماضية لم نتمكن من تدجين أي نوع جديد. يشير بحثنا إلى أنه يمكن إضافة أداة جديدة إلى التدجين الحديث: الازدواجية الجينية. اليوم نعرف كيفية مضاعفة الجينوم وجعل النباتات متعددة الصبغيات بشكل مصطنع، مما يعني أنه سيكون من الممكن تدجين نباتات جديدة وتحسين النباتات المستأنسة."
