ما هو أحمر من الخارج ولذيذ من الداخل

كيف يمكنك إنتاج فواكه وخضروات تجمع بين المذاق الرائع والمظهر الرائع؟

من منا لا يعرف الفواكه والخضروات التي تبدو رائعة ولكن طعمها مخيب للآمال؟ كم سيكون جيدًا لو تمكن المزارعون من إنتاج منتجات زراعية جميلة ولذيذة بنفس القدر. والخبر السار في هذا الصدد يأتي من معهد وايزمان: فقد أثبت علماؤه أن هذا الهدف يمكن تحقيقه بدقة كبيرة عن طريق كسر الحمض النووي للنبات في أماكن محددة. "هذا النهج يجعل من الممكن ليس فقط تعديل جينوم النبات، ولكن أيضًا إعادة كتابته، من أجل خلط ودمج، حسب الحاجة، سمات مختلفة من "الوالدين"، بما في ذلك الطعم والحجم والمحصول ومقاومة الأمراض". "، يقول البروفيسور. ابراهام ليفي من قسم علوم النبات والبيئة. أجرى البروفيسور ليفي البحث مع الطالبة داما فيلار هايوت وكبير أعضاء هيئة التدريس الدكتور كاتي ميلاميد باسودو.

على الرغم من أن جينومات العديد من النباتات قد تم بالفعل فك رموزها، بما في ذلك الطماطم والقمح والموز، عندما يستخدم المربون هذه المعلومات لإدخال تغييرات في الجينوم، فإن النتائج غالبًا ما تظل عشوائية وغير متوقعة. حلم المزارعين هو تغيير جينوم النباتات بطريقة أكثر تحكمًا، واختيار السمات من عدد محدود من النباتات وليس من الآلاف، كما هو مطلوب مع التقنيات الموجودة. الآن ربما سيكون من الممكن القيام بذلك بمساعدة إنشاء أجزاء في الحمض النووي للنباتات في الموقع المستهدف، وتفعيل آليات الشفاء والإصلاح للنبات نفسه.

عندما يحدث كسر في حلزوني جزيء الحمض النووي، غالبًا ما تقوم بروتينات الإصلاح بإصلاح الضرر عن طريق دمج الأطراف المكسورة. ومع ذلك، هناك آلية إصلاح أخرى تسمى "إعادة التركيب المتماثل"، والتي تستفيد من حقيقة أن الكروموسومات تأتي في أزواج - واحد من كل من الوالدين. في هذه العملية، تقوم إنزيمات الإصلاح بإكمال القطعة المفقودة عند نقطة القطع عن طريق نسخ جزء من الحمض النووي من الكروموسوم الآخر. في بعض الأحيان يحدث تبادل لأجزاء الحمض النووي بين الكروموسومين في هذه العملية. أي أن إعادة التركيب المتماثل يؤدي دائما إلى نقل الحمض النووي من كروموسوم إلى آخر، لكن حتى الآن لم يكن من الممكن استغلال هذه الحقيقة لغرض نقل الصفات المرغوبة إلى النبات، لأنه لم يعرف عدد مرات هذا النوع من يحدث الإصلاح وكيف يمكن التحكم في موقعه.

مثلتم الإبلاغ عنها مؤخرًا في المجلة العلمية طبيعة الاتصالاتطور علماء المعهد نهجًا أصليًا لتتبع إصلاحات الحمض النووي بطريقة ملموسة للغاية: فقد تدخلوا وراثيًا في عملية تكوين الصبغة الحمراء - اللايكوبين - في الطماطم، والتي بدونها تظل الطماطم صفراء. وفي سلسلة واحدة من التجارب، أنشأ العلماء نباتات طماطم هجينة تحتوي على نسخة عادية واحدة من جين PSY1، المسؤول عن تكوين الليكوبين، على كروموسوم واحد فقط - بينما يحتوي الكروموسوم الآخر على نسخة معيبة من PSY1. وبمساعدة تقنية CRISPR-Cas9، التي تتيح قطع الحمض النووي في نقاط مختارة بدقة كبيرة، تمكن العلماء من كسر حلزوني الحمض النووي في النسخة الطبيعية من جين PSY1. ونتيجة لذلك، في الأجيال اللاحقة، كان لدى العديد من نباتات الطماطم ثمار صفراء لأنها لم يكن لديها نسخة طبيعية واحدة من PSY1.

وأجرى العلماء تحليلا جزيئيا للثمار الصفراء، وتمكنوا من تحديد نوع إصلاح الحمض النووي الذي تم في جينات النبات. ووجدوا أنه في معظم الحالات حدث اندماج بين الطرفين المكسورين، ولكن في 14% من الحالات - وهو معدل أعلى بكثير مما كان يعتقد سابقًا - حدثت إعادة التركيب المتماثل؛ أي أنه تم إصلاح الكسر عن طريق نسخ قطعة DNA طبيعية من الكروموسوم السليم إلى الكروموسوم المكسور. يقول البروفيسور ليفي: "بعد أن أظهرنا أن إعادة التركيب المتماثل تحدث في مثل هذه النسبة العالية من الحالات، يمكن للمزارعين الآن الاستفادة من هذه الآلية لغرض تطوير أصناف جديدة".

ويوضح فيلر هايوت: "يوضح بحثنا أنه من أجل الحصول على الصفة المرغوبة أو مجموعة السمات في النبات بطريقة دقيقة، يكفي اختيار الآباء المناسبين، والتهجين بينهم، وتكسير الحمض النووي في النبات الهجين". في الجينات المطلوبة. وفي المستقبل، يمكننا الاعتماد على آليات الإصلاح الطبيعية في النبات لنسخ الجين المطلوب من الكروموسوم السليم إلى الكروموسوم المكسور."

اختار العلماء العمل مع الجين المشارك في عملية تكوين الصبغة الحمراء من أجل مراقبة عملية الإصلاح، لكن الطريقة صالحة أيضًا للجينات التي تشفر أي سمة. يقول الدكتور ميلامد باسود: "من خلال كسر حلزوني الحمض النووي، من الممكن تصميم نباتات تحتوي على عدد كبير من السمات في أي مجموعة ممكنة".

وهناك ميزة أخرى لهذه الطريقة: في معظم الحالات، لن تنطبق عليها القيود المفروضة على الأغذية المعدلة وراثيا. لا شك أن هذا يشمل أيضاً التلاعب الجيني، ولكن المنتج النهائي عبارة عن نبات لا يتضمن تغيرات جينية: حيث يحدث نقل الحمض النووي أثناء آلية الإصلاح الطبيعية، ومن الممكن إزالة الأجزاء الجينية التي حفزت هذه العملية في أجيال المستقبل من النباتات.