غير مصنف

المحاصيل المعدلة وراثيا قد تنجح في الظل

أخبار‭ ‬بالتفصيل

بيوتكنولوجيا‭ ‬النباتات

نباتات‭ ‬التبغ‭ ‬المُعدَّلة‭ ‬وراثياً‭ ‬تُسرّع‭ ‬البناء‭ ‬الضوئي‭ ‬عندما‭ ‬يخفت‭ ‬الضوء‭ ‬الساطع‭ ‬مما‭ ‬يزيد‭ ‬من‭ ‬الإنتاج 

بقلم‭: ‬إيريك‭ ‬ستوكشتاد

لا‭ ‬يعني‭ ‬قيام‭ ‬النباتات‭ ‬بالبناء‭ ‬الضوئي‭ ‬أنها‭ ‬لا‭ ‬يمكن‭ ‬أن‭ ‬تصاب‭ ‬بنوع‭ ‬ما‭ ‬من‭ ‬أنواع‭ ‬حروق‭ ‬الشمس‭ – ‬عطب‭ ‬ناتج‭ ‬من‭ ‬التعرض‭ ‬الزائد‭ ‬للضوء‭. ‬ولهذا‭ ‬السبب‭ ‬تعتمد‭ ‬كل‭ ‬النباتات‭ ‬على‭ ‬آلية‭ ‬تحمي‭ ‬فيها‭ ‬نفسها‭ ‬من‭ ‬ضوء‭ ‬الشمس‭ ‬المفرط‭ ‬السطوع،‭ ‬وذلك‭ ‬عبر‭ ‬تحويل‭ ‬الفوتونات‭ ‬إلى‭ ‬حرارة‭ ‬غير‭ ‬مؤذية‭. ‬ولكن‭ ‬وبشكل‭ ‬مشابه‭ ‬لشخص‭ ‬يتأخر‭ ‬في‭ ‬نزع‭ ‬نظارته‭ ‬الشمسية‭ ‬بعد‭ ‬دخوله‭ ‬إلى‭ ‬الداخل،‭ ‬فإن‭ ‬إيقاف‭ ‬هذا‭ ‬الدرع‭ ‬الشمسي‭ ‬النباتي‭ ‬يتأخر‭ ‬أيضاً‭ ‬عندما‭ ‬يمر‭ ‬ظل‭ ‬ما‭ ‬فوق‭ ‬الورقة،‭ ‬وتكون‭ ‬نتيجة‭ ‬هذا‭ ‬الأمر‭ ‬هي‭ ‬بقاء‭ ‬البناء‭ ‬الضوئي‭ ‬منخفضاً‭. ‬

ومن‭ ‬أجل‭ ‬الحصول‭ ‬على‭ ‬بناء‭ ‬ضوئي‭ ‬محسن‭ -‬وبالنتيجة‭ ‬محاصيل‭ ‬أكثر‭ ‬وفرة‭- ‬تلاعب‭ ‬علماء‭ ‬الأحياء‭ ‬بالنباتات‭ ‬بشكل‭ ‬ذكي‭ ‬لتتأقلم‭ ‬بسرعة‭ ‬أكبر‭ ‬مع‭ ‬الظل،‭ ‬حيث‭ ‬أنتجت‭ ‬الاستجابة‭ ‬السريعة‭ ‬المعدلة‭ ‬وراثياً‭ ‬ضمن‭ ‬نباتات‭ ‬التبغ‭ ‬زيادة‭ ‬في‭ ‬الكتلة‭ ‬الحيوية‭ ‬تصل‭ ‬لنحو‭ ‬20‭ ‬٪‭. ‬إن‭ ‬دراسة‭ ‬إثبات‭ ‬المفهوم‭ ‬التي‭ ‬وصفت‭ ‬في‭ ‬الصفحة‭ ‬857‭ [‬من‭ ‬مجلة‭ ‬ساسنس‭ ‬لهذا‭ ‬الأسبوع‭] ‬هي‭ ‬تجربة‭ ‬رائدة‭ ‬وهي‭ ‬أول‭ ‬تجربة‭ ‬ميدانية‭ ‬مقنعة‭ ‬في‭ ‬المجال‭ ‬المُحتدم‭ ‬في‭ ‬التعديل‭ ‬الهندسي‭ ‬لعملية‭ ‬البناء‭ ‬الضوئي،‭ ‬كما‭ ‬يقول‭ ‬روبيرت‭ ‬فوربانك‭ ‬Robert Furbank‭ ‬عالم‭ ‬بيولوجيا‭ ‬النبات‭ ‬التكاملية‭ ‬في‭ ‬الجامعة‭ ‬الوطنية‭ ‬الأسترالية‭ ‬Australian‭ ‬National University‭ ‬في‭ ‬كانبيرا‭.‬

لقد‭ ‬حسن‭ ‬الاستنسال‭ ‬التقليدي‭ ‬للنباتات‭ ‬من‭ ‬منتوجات‭ ‬المحاصيل‭ ‬الشائعة‭ ‬بشكل‭ ‬كبير‭. ‬فعلى‭ ‬سبيل‭ ‬المثال،‭ ‬خلال‭ ‬الثورة‭ ‬الخضراء‭ ‬زاد‭ ‬نورمان‭ ‬بورلاو‭ ‬Norman Borlaug‭ ‬وآخرون‭ ‬إنتاج‭ ‬المحاصيل‭ ‬المنتجة‭ ‬إلى‭ ‬الضعف‭ ‬تقريباً،‭ ‬وذلك‭ ‬عبر‭ ‬إنتاج‭ ‬نباتات‭ ‬بجذوع‭ ‬قصيرة‭ ‬قوية‭ ‬يمكنها‭ ‬أن‭ ‬تحمل‭ ‬كمًّا‭ ‬أكبر‭ ‬من‭ ‬الحبوب‭. ‬وفي‭ ‬هذه‭ ‬الأيام،‭ ‬يمكن‭ ‬لمنتجي‭ ‬السلالات‭ ‬أن‭ ‬يجعلوا‭ ‬المحاصيل‭ ‬تحوِّل‭ ‬نحو‭ ‬50‭ ‬٪‭ ‬إلى‭ ‬60‭ ‬٪‭ ‬من‭ ‬كتلتها‭ ‬الحيوية‭ ‬لتصبح‭ ‬بذورا‭. ‬إلا‭ ‬أن‭ ‬تحقيق‭ ‬أي‭ ‬المكاسب‭ ‬لم‭ ‬يعد‭ ‬يتزايد‭ ‬وظل‭ ‬دون‭ ‬1‭ ‬٪‭ ‬للسنة‭ ‬الواحدة،‭ ‬وذلك‭ ‬لأن‭ ‬نمو‭ ‬النبات‭ ‬محدود‭ ‬بفعالية‭ ‬عملية‭ ‬البناء‭ ‬الضوئي‭ ‬ذاتها‭. ‬

حاولت‭ ‬فرق‭ ‬البحث‭ ‬تجاوز‭ ‬عنق‭ ‬الزجاجة‭ ‬هذا‭ ‬بعدة‭ ‬طرق‭ ‬عدة‭. ‬إذ‭ ‬كان‭ ‬أحد‭ ‬آمالها‭ ‬التي‭ ‬سعت‭ ‬إليه‭ ‬طويلا‭ ‬هو‭ ‬أن‭ ‬تأخذ‭ ‬نمطاً‭ ‬عالي‭ ‬الطاقة‭ ‬من‭ ‬البناء‭ ‬الضوئي‭ ‬والموجودة‭ ‬في‭ ‬الذُرَة‭ ‬و‭ ‬في‭ ‬ثلاثة‭ ‬محاصيل‭ ‬أخرى،‭ ‬ويدعى‭ ‬مسار‭ ‬الكربون‭ ‬4‭ ‬C4‭ ‬pathway،‭ ‬وتُدخله‭ ‬على‭ ‬محصول‭ ‬الرز،‭ ‬وهنالك‭ ‬هدف‭ ‬آخر‭ ‬ألا‭ ‬وهو‭ ‬تحسين‭ ‬الإنزيم‭ ‬رابيسكو‭ ‬RuBisCO،‭ ‬إنزيم‭ ‬بطيء‭ ‬جدا‭ ‬يحفز‭ ‬المراحل‭ ‬الأولى‭ ‬من‭ ‬تحويل‭ ‬ثنائي‭ ‬أكسيد‭ ‬الكربون‭ ‬إلى‭ ‬جزيئات‭ ‬عضوية‭ ‬نافعة‭. ‬

أما‭ ‬مؤخرا،‭ ‬فقد‭ ‬فكر‭ ‬بعض‭ ‬الباحثون‭ ‬في‭ ‬تبسيط‭ ‬أحد‭ ‬جوانب‭ ‬البناء‭ ‬الضوئي‭ ‬وهو‭ ‬ما‭ ‬يُدعى‭ ‬الحماية‭ ‬الضوئية‭ ‬photoprotection،‭ ‬فكيف‭ ‬تحمي‭ ‬النباتات‭ ‬نفسها‭ ‬من‭ ‬الضوء‭ ‬الساطع،‭ ‬ولتوازن‭ ‬عملياتها‭ ‬الاستقلابية،‭ ‬فإنها‭ ‬تعتمد‭ ‬على‭ ‬آلية‭ ‬تدعى‭ ‬التبريد‭ ‬الكيميائي‭ ‬غير‭ ‬الضوئي‭ ‬Nonphotochemical‭ ‬quenching‭ (‬اختصارا‭: ‬الآلية‭ ‬NPQ‭)‬،‭ ‬وفي‭ ‬هذه‭ ‬الآلية،‭ ‬تحوّل‭ ‬الكلوروبلاستاتُ‭ ‬الفوتوناتِ‭ ‬بعيدا‭ ‬عن‭ ‬الجسيمات‭ ‬التي‭ ‬تقتنص‭ ‬الضوء،‭ ‬وتعيد‭ ‬إطلاقها‭ ‬ببساطة‭ ‬على‭ ‬شكل‭ ‬حرارة‭. ‬أما‭ ‬في‭ ‬ظروف‭ ‬الإضاءة‭ ‬الخافتة،‭ ‬يمكن‭ ‬للنباتات‭ ‬أن‭ ‬توقف‭ ‬آلية‭ ‬التبريد‭ ‬كي‭ ‬تعزز‭ ‬فعالية‭ ‬البناء‭ ‬الضوئي،‭ ‬لكن‭ ‬على‭ ‬الرغم‭ ‬من‭ ‬أن‭ ‬النباتات‭ ‬يمكنها‭ ‬أن‭ ‬تزيل‭ ‬الدرع‭ ‬خلال‭ ‬بضع‭ ‬دقائق،‭ ‬إلا‭ ‬أن‭ ‬تخفيض‭ ‬أو‭ ‬إضعاف‭ ‬آليات‭ ‬الدفاع‭ ‬قد‭ ‬يستغرق‭ ‬ساعات،‭ ‬مما‭ ‬يحد‭ ‬من‭ ‬البناء‭ ‬الضوئي‭ ‬في‭ ‬الظل‭.‬

لا‭ ‬يشكل‭ ‬التأخير‭ ‬الزمني‭ ‬مشكلة‭ ‬عند‭ ‬النباتات‭ ‬البرية‭ ‬التي‭ ‬يمثل‭ ‬البقاء‭ ‬والتكاثر‭ ‬عندها‭ ‬الهدف‭ ‬الأهم،‭ ‬أما‭ ‬بالنسبة‭ ‬إلى‭ ‬المزارعين‭ ‬الذين‭ ‬يريدون‭ ‬زيادة‭ ‬الكتلة‭ ‬الحيوية‭ ‬لأقصى‭ ‬حد‭ ‬فإن‭ ‬هذا‭ ‬التأخير‭ ‬الزمني‭ ‬يمثل‭ ‬عائقاً‭. ‬ففي‭ ‬عام‭ ‬2004،‭ ‬أجرى‭ ‬عالم‭ ‬وظائف‭ ‬النبات‭ ‬ستيفين‭ ‬لونغ‭ ‬Stephen Long‭ ‬من‭ ‬جامعة‭ ‬إيلينوي‭ ‬University of Illinois‭ ‬في‭ ‬أوربانا‭ ‬وزملائه‭ ‬بعض‭ ‬الحسابات‭ ‬التي‭ ‬تفترض‭ ‬أن‭ ‬نظام‭ ‬التبريد‭ ‬الذي‭ ‬يعمل‭ ‬في‭ ‬ظروف‭ ‬نموذجية‭ ‬في‭ ‬حقل‭ ‬متوسط‭ ‬النطاق‭ ‬يمكنه‭ ‬أن‭ ‬يخفض‭ ‬كمية‭ ‬ثنائي‭ ‬أكسيد‭ ‬الكربون‭ ‬المحولة‭ ‬إلى‭ ‬سكريات‭ ‬بنسبة‭ ‬تصل‭ ‬إلى‭ ‬30‭ ‬٪‭.‬

بعد‭ ‬قراءة‭ ‬بحث‭ ‬لونغ،‭ ‬راودت‭ ‬عالم‭ ‬الوراثة‭ ‬كريشنا‭ ‬نيوغي‭ ‬Krishna Niyogi‭ -‬من‭ ‬جامعة‭ ‬كاليفورنيا‭ ‬في‭ ‬بيركلي‭- ‬فكرة‭ ‬عن‭ ‬كيفية‭ ‬إيقاف‭ ‬آلية‭ ‬التبريد‭ ‬بشكل‭ ‬أسرع،‭ ‬وكانت‭ ‬الاستراتيجية‭ ‬تقتضي‭ ‬إضافة‭ ‬نسخ‭ ‬إضافية‭ ‬من‭ ‬ثلاثة‭ ‬جينات‭ ‬تكون‭ ‬بروتيناتها‭ ‬مسؤولة‭ ‬عن‭ ‬إيقاف‭ ‬الحماية،‭ ‬إذ‭ ‬يجب‭ ‬أن‭ ‬تسرع‭ ‬المستويات‭ ‬الأعلى‭ ‬من‭ ‬البروتين‭ ‬من‭ ‬استجابة‭ ‬النبات‭ ‬للظل‭. ‬أخذ‭ ‬نيوغي‭ ‬ولونغ‭ ‬ومشرفوهم‭ ‬في‭ ‬أبحاث‭ ‬ما‭ ‬بعد‭ ‬الدكتوراه‭ ‬هذه‭ ‬الجينات‭ ‬من‭ ‬نوع‭ ‬من‭ ‬نبات‭ ‬الخردل‭ ‬أرابيدوبسيس‭ ‬ثاليانا‭ ‬Arabidopsis thaliana،‭ ‬الذي‭ ‬دُرِس‭ ‬بشكل‭ ‬موسع،‭ ‬وأدخلوا‭ ‬هذه‭ ‬الجينات‭ ‬إلى‭ ‬نباتات‭ ‬التبغ،‭ ‬والتي‭ ‬تتميز‭ ‬بسهولة‭ ‬تعديلها‭ ‬وراثياً،‭ ‬وبعد‭ ‬إجراء‭ ‬الاختبارات‭ ‬المخبرية‭ ‬والاختبار‭ ‬في‭ ‬البيوت‭ ‬الدفيئة،‭ ‬زرعوها‭ ‬في‭ ‬حقل‭ ‬اختبار‭ ‬قرب‭ ‬جامعة‭ ‬إيلينوي،‭ ‬وكانت‭ ‬النتيجة‭ ‬أن‭ ‬زاد‭ ‬حجم‭ ‬أوراق‭ ‬التبغ‭ ‬المعدل‭ ‬وجذوعه‭ ‬وجذوره،‭ ‬وزاد‭ ‬وزنه‭ ‬من‭ ‬نحو‭ ‬14‭ ‬٪‭ ‬إلى‭ ‬20‭ ‬٪‭ ‬عن‭ ‬النباتات‭ ‬غير‭ ‬المعدلة‭ ‬بعد‭ ‬22‭ ‬يوماً‭.‬

يقول‭ ‬نيوغي‭: ‬“إن‭ ‬الحصول‭ ‬على‭ ‬زيادة‭ ‬مماثلة‭ ‬في‭ ‬تجربة‭ ‬ميدانية‭ ‬كان‭ ‬أمراً‭ ‬مذهلاً‭.‬”‭ ‬أتت‭ ‬هذه‭ ‬الفائدة‭ ‬من‭ ‬دون‭ ‬آثار‭ ‬جانبية‭ ‬واضحة،‭ ‬على‭ ‬الرغم‭ ‬من‭ ‬أن‭ ‬الباحثين‭ ‬لم‭ ‬يتمكنوا‭ ‬من‭ ‬اختبار‭ ‬ما‭ ‬إذا‭ ‬كانت‭ ‬النباتات‭ ‬المُعدَّلة‭ ‬قد‭ ‬خسرت‭ ‬شيئاً‭ ‬من‭ ‬مقاومتها‭ ‬للأمراض‭ ‬أو‭ ‬تحملها‭ ‬لجهد‭ ‬الإنتاج‭ ‬في‭ ‬هذه‭ ‬التجربة‭. ‬إن‭ ‬السؤال‭ ‬الأهم‭ ‬هو‭ ‬ما‭ ‬إذا‭ ‬كانت‭ ‬تعديلات‭ ‬مماثلة‭ ‬في‭ ‬المحاصيل‭ ‬الغذائية‭ ‬ستعني‭ ‬إنتاجاً‭ ‬أكثر‭ ‬قابلاً‭ ‬للاستهلاك،‭ ‬ولمعرفة‭ ‬ذلك،‭ ‬بدأ‭ ‬نيوغي‭ ‬ولونغ‭ ‬بوضع‭ ‬الجينات‭ ‬في‭ ‬نخبة‭ ‬السلالات‭ ‬المُستَنْسَلة‭ ‬من‭ ‬الأرز‭ ‬والذُّرَة،‭ ‬ومحاصيل‭ ‬أخرى‭ ‬لاحقة،‭ ‬حيث‭ ‬تنبأ‭ ‬لونغ‭ ‬أيضاً‭ ‬أن‭ ‬الباحثين‭ ‬سيجدون‭ ‬طرقاً‭ ‬لإيقاف‭ ‬التبريد‭ ‬بشكل‭ ‬أسرع‭ ‬حتى،‭ ‬وربما‭ ‬ينتجون‭ ‬أيضاً‭ ‬مزيداً‭ ‬من‭ ‬الكتلة‭ ‬الحيوية،‭ ‬إذ‭ ‬يقول‭: ‬“نعتقد‭ ‬أن‭ ‬هذا‭ ‬الأمر‭ ‬قد‭ ‬يكون‭ ‬أهم‭ ‬مما‭ ‬توصلنا‭ ‬إليه‭ ‬الآن‭.‬”

ومن‭ ‬الممكن‭ ‬أيضاً‭ ‬أن‭ ‬نحصل‭ ‬على‭ ‬التأثير‭ ‬ذاته‭ ‬من‭ ‬دون‭ ‬نقل‭ ‬الجينات‭ ‬بين‭ ‬الأصناف،‭ ‬مما‭ ‬قد‭ ‬يسهل‭ ‬الحصول‭ ‬على‭ ‬الموافقات‭ ‬المُنظِّمَة‭ ‬للعمل،‭ ‬أو‭ ‬قد‭ ‬يحسن‭ ‬من‭ ‬تقبل‭ ‬المستهلك‭ ‬لهذه‭ ‬المحاصيل‭. ‬وتُثبِّط‭ ‬النباتات‭ ‬عادة‭ ‬أي‭ ‬نسخة‭ ‬إضافية‭ ‬من‭ ‬جيناتها‭ ‬الخاصة،‭ ‬لكن‭ ‬تعديل‭ ‬الجينات‭ ‬أو‭ ‬المحفزات‭ ‬باستخدام‭ ‬تقنية‭ ‬CRISPR‭ ‬أو‭ ‬أي‭ ‬تقنية‭ ‬أخرى‭ ‬يمكن‭ ‬أن‭ ‬يتجاوز‭ ‬هذا‭ ‬العائق،‭ ‬مما‭ ‬يسمح‭ ‬للباحثين‭ ‬بالعمل‭ ‬باستخدام‭ ‬المادة‭ ‬الوراثية‭ ‬للصنف‭ ‬ذاته‭. ‬وبغض‭ ‬النظر‭ ‬عن‭ ‬آلية‭ ‬فعل‭ ‬ذلك،‭ ‬فإن‭ ‬تعزيز‭ ‬البناء‭ ‬الضوئي‭ ‬يمكن‭ ‬أن‭ ‬يساعد‭ ‬الباحثين‭ ‬على‭ ‬الرد‭ ‬على‭ ‬منتقدي‭ ‬التقنيات‭ ‬الحيوية‭ ‬عند‭ ‬النباتات‭ ‬الذين‭ ‬يشتكون‭ ‬من‭ ‬أن‭ ‬النباتات‭ ‬المُعدَّلة‭ ‬وراثياً‭ ‬لم‭ ‬ترفع‭ ‬من‭ ‬إنتاج‭ ‬المحاصيل،‭ ‬على‭ ‬حد‭ ‬قول‭ ‬داريو‭ ‬ليستر‭ ‬Dario Leister،‭ ‬هو‭ ‬عالم‭ ‬أحياء‭ ‬جزيئية‭ ‬عد‭ ‬النباتات‭ ‬في‭ ‬جامعة‭ ‬لودويغ‭-‬ماكسيميليان‭  ‬Ludwig-Maximilian University‭  ‬في‭ ‬ميونيخ‭ ‬بألمانيا،‭ ‬ويتابع‭ ‬قائلا‭: ‬“إن‭ ‬إنتاج‭ ‬نباتات‭ ‬تعطي‭ ‬محصولاً‭ ‬أكبر‭ ‬هو‭ ‬أمر‭ ‬يجب‭ ‬أن‭ ‬يفرح‭ ‬به‭ ‬الجميع‭.‬”

ترجمة‭ ‬مريانا‭ ‬حيدر


The‭ ‬©2016‭ ‬American Association for the advancement of Sciences‭. ‬All right reserved‭.‬

http://www.sciencemag.org 

الوسوم
اظهر المزيد

مقالات ذات صلة

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *

زر الذهاب إلى الأعلى
إغلاق