تذكرني !

 





شذرات زراعية مواضيع ومعلومات زراعية

عودة إلى مستقبل محاصيل الحبوب

عودة إلى مستقبل محاصيل الحبوب(*) بوسع الدراسات الجينومية لمحاصيل الحبوب الرئيسية في العالم، مع تقانة تدعى التربية بمساعدة الواسمات، أن تقودا إلى ثورة خضراء جديدة <A .S. گوفّ> ـ <M

إضافة رد
 
أدوات الموضوع
  #1  
قديم 01-17-2016, 03:34 PM
الصورة الرمزية Eng.Jordan
Eng.Jordan غير متواجد حالياً
إدارة الموقع
 
تاريخ التسجيل: Jan 2012
الدولة: الأردن
المشاركات: 20,456
افتراضي عودة إلى مستقبل محاصيل الحبوب


عودة إلى مستقبل محاصيل الحبوب(*)
بوسع الدراسات الجينومية لمحاصيل الحبوب الرئيسية
في العالم، مع تقانة تدعى التربية بمساعدة الواسمات،
أن تقودا إلى ثورة خضراء جديدة
<A .S. گوفّ> ـ <M .J. سالمِرون>

منذ آلاف السنين والمزارعون يتفحصون حقولهم وبحدِّقون إلى السماء، آملين أن يعمَّ الطقس الملائم ليجنوا غلة وافرة. وعندما كانوا يشاهدون نباتات استثنائية، تمكنت من تحمل قساوة الطقس وأعطت غلة وافرة وقاومت أمراضا أتلفت محاصيل مجاورة، كانوا سرعان ما يلتقطون هذه النباتات الحاملة للخصائص المرغوبة ويهجنونها مع نباتات أخرى. بيد أنها كانت دائما مسألة نجاح أو فشل. فعدم تمكن المرء من النظر إلى داخل النباتات وسبر أغوارها، ومعرفته الأكيدة بحقيقة خصائصها المرغوبة يجعل دوره مقتصرا على خلط هذه النباتات ومزاوجتها أملا بالحصول على الأفضل.

وعلى الرغم من الطبيعة العشوائية لهذه الطريقة، فقد أثبتت فعاليتها بشكل ملحوظ. فعندما بدأ أسلافنا جامعو الغذاء والصيادون بالاستقرار منذ نحو 000 10 سنة، سمح تطويرهم للزراعة بتزايد البشر إلى درجة الانفجار السكاني. ولا يزال المجتمع البشري يواصل نموه، الأمر الذي يتطلب تزايدا متواصلا في الإنتاجية الزراعية.

إن 99 في المئة من الإنتاج الزراعي الحالي يعتمد على 24 نوعا نباتيا مستأنسا فقط. ومن هذه الأنواع تؤلف محاصيل الرز (الأرز) والقمح والذرة المصدر الرئيسي للكالوريات (للسعرات) المستهلكة في العالم. وينتج كل من محاصيل الحبوب الثلاثة البالغة الأهمية هذه، ما ينوف على نصف بليون طن سنويا. ووفق التزايد السكاني العالمي الذي يتوقع أن يبلغ نحو 9 بلايين نسمة بحلول عام 2050، مع المحافظة في الوقت نفسه على معدل الاستهلاك اليومي الحالي من هذه المحاصيل بحدود 0.9- 3.3 رطل للفرد، فإنه يتوجب زيادة إنتاج محاصيل الحبوب بمعدل 1.5 في المئة سنويا، في الوقت الذي تتناقص فيه مساحة الأراضي القابلة للزراعة.

ويعتقد علماء النبات أن غلة (مردود)
yields
المحاصيل لم تبلغ ذروتها النظرية بعد. بيد أن إيجاد الطرائق الكفيلة بالوصول إلى تلك الزيادة الممكنة في الغلة ودفع مسيرة زيادة الغلة أكثر فأكثر هو محط اهتمام جهود عالمية مستمرة. ومما يشجع على ذلك، ظهور مجموعة من الأدوات الجديدة الدالة على إمكانية الإجابة عن بعض التساؤلات وذلك من خلال سبر المَواطن التي نشأت فيها محاصيل الحبوب الرئيسية الثلاثة.

نظرة إجمالية/ استخراج الثروة الجينية للمحاصيل(**)
▪ تظهر مقارنة جينومات أصناف محاصيل الحبوب الرئيسية متانة العلاقات بين هذه الأصناف، وتكشف عن تدخل يد الإنسان في توجيه مسارات تطورها.
▪ إن تحديد وظائف الجينات المفردة لنبات ما يسمح للعلماء بالنظر في المحاصيل الحالية وأقاربها البرية بحثا عن نسخ من الجينات التي تضفي خصائص مرغوبة.
▪ باستخدام الجينات المرغوبة كواسمات (معلمات) ممكنة التتبع، يصبح التهجين التقليدي أسرع وأكثر دقة.

استنباط محاصيل جديدة(***)
تظهر الدراسات الوراثية والجزيئية أن الصلة بين القمح والرز والذرة، وكذا الشعير والدُخن
millet
والصُّرغم
sorghum
والنجيليات الأخرى هي أوثق كثيرا مما كان يُظن سابقا، ومن ثم فإن بوسع الرؤى المعمقة الجديدة في دراسة أي من هذه الأنواع المحصولية، أن تسهم في تطوير الأنواع الأخرى. والأكثر من ذلك أنه يمكن دفع هذه التحسينات قدما إلى الأمام من خلال طَرْق باب المخزون الجيني (الوراثي) المتمثل في الأسلاف البرية لهذه الأنواع المحصولية واستعادة الخصائص المرغوبة المختزنة في هذه الأنواع إلى الأصناف الحديثة من خلال طرائق التربية.

وعلى الرغم من تحدر محاصيل الحبوب من سلف نجيلي مشترك، فقد تباعدت وافترقت عن بعضها قبل نحو 50-70 مليون سنة، وتوطنت في مناطق جغرافية متمايزة من العالم. ويُعتقد أن مزارعي منطقة الهلال الخصيب المتوسطية كانوا أول من استأنس نبات القمح قبل نحو 000 10 سنة. وبعد ذلك بنحو 1000 عام، في المنطقة المعروفة حاليا بالمكسيك، بدأ الفلاحون بزراعة أحد أسلاف الذرة المعروفة حاليا. كما استأنس قدامى الصينيين محصول الرز منذ أكثر من 8000 سنة.

وبينما كان أسلافنا يستأنسون هذه النباتات، كانوا يقومون في الوقت نفسه باستنباط المحاصيل التي نعرفها اليوم، وذلك من خلال سيرورة تشبه إلى حد بعيد تربية النبات المتبعة حاليا. فمن خلال الأصناف
varieties
البرية، قاموا بإكثار ثم تهجين نباتات فردية منتقاة تمتلك خصائص مرغوبة، مثل عدد أكبر من الحبوب أو حبوب أكبر حجما. وكانت النباتات التي لا تنثر حبوبها بعيدا مرغوبة، لأن حصادها وجمع حبوبها يكون أيسر من غيرها، مع أن إكثار النباتات التي تمتلك هذه الصفة بات معتمدا إلى حد كبير على الإنسان. كما انتخب المزارعون الأوائل بعض النباتات استنادا إلى خصائصها النوعية الغذائية الجيدة، من مثل الحبوب الرقيقة الغلاف، السهلة المضغ، وأصناف الذرة ذات المحتوى النشوي الأكثر ملاءمة لصناعة خبز التورتيلا
tortilla
. وهكذا تزايد تمايز نباتات المحاصيل عن أسلافها، وندر تدريجيا تزاوجها مع أقاربها البرية. فقد أصبحت الذرة بعيدة جدا، لا بل مختلفة تماما عن سلفها، التيوسينت
teosinte
، الذي تحدرت منه، لدرجة أن أصلها البري ظل موضع جدل حتى فترة قريبة جدا (انظر الشكل في الصفحة 52).

إن ما قام به الإنسان من تحوير في نباتات محاصيل الحبوب من خلال الإكثار الانتقائي والتهجين (التزاوج) كان قد بدأ في أزمان ما قبل التاريخ ولم يتوقف إطلاقا. فعلى مدى القرن الماضي جرى انتقاء نباتات المحاصيل استنادا إلى امتلاكها سنابل أو كيزان (عرانيس) أكبر حجما، بهدف زيادة غلتها. وتتسم هذه السنابل العالية الغلة وذات العدد الأكبر من الحبوب بثقلها، مما دعا إلى انتقاء نباتات من الرز والقمح تتميز بقامة أقصر، حماية للنباتات من الانحناء نحو الأرض بفعل الرياح. وقد أدت التربية التي تستهدف مقاومة الأمراض وتحمّل الإجهادات البيئية وتفعيل كفاءة استخدام المخصبات النتروجينية إلى زيادة مثيرة في الغلة وإلى استقرارها، مؤدية إلى الثورة الخضراء في الستينات من القرن الماضي. فقد زاد متوسط غلة الأكر
acre
من الذرة في الولايات المتحدة على سبيل المثال، ما يقارب 400% منذ العام 1950.

غير أنه، حتى في مرحلة الازدهار تلك، لم يتوافر لمربّي النبات تحقيق تقدم ملموس أكثر مما توافر لمزارعي المحاصيل الأوائل. فقد تركز اهتمام مربّي النبات على خصائص نباتية ظاهرية واضحة، أي واسمات
markers
، مثل حجم الحبوب أو صفات تتعلق بالهندسة البنائية للنبات، في سعيهم إلى انتقاء سلالات مرغوبة لإكثارها لاحقا.

عودة مستقبل محاصيل الحبوب SCI2005b21N3-4_H07_003966.jpg
يمكن اختبار بادرات الرز جينيا بحثا عن الخصائص المرغوبة.

ومع ذلك، توضح دراسات جينومات محاصيل الحبوب كيف أن المزارعين الأوائل في زمن ما قبل التاريخ، ومن خلال ممارستهم الانتقاء وفقا للصفات الظاهرية، كانوا، عن غير عمد، ينتقون جينات محددة. فعلى سبيل المثال، قاد <
S
. پابو> [من معهد ماكس پلانك لعلوم تطور الإنسان في لايپزگ بألمانيا] جماعة من الباحثين، حللت ألائل(1)
alleles
، أي نسخا، من جينات معينة في كيزان الذرة عثر عليها في مواقع في المكسيك بالقرب من موطن استئناس الذرة. وقد خلص <پابو> ورفاقه إلى أن الذرة المستأنسة، ومنذ 4400 سنة، امتلكت جينات تتحكم في نمط تفرع النبات، إضافة إلى الخصائص النوعية للپروتين والنشاء الموجودين في أصناف الذرة الحالية. ففي التيوسينت (القريب البري للذرة)، لم تتكرر هذه الألائل سوى في 7-36 في المئة من النباتات، وهو ما يعني أن الضغط الانتقائي الذي مارسه المزارعون الأوائل لصالح هذه الألائل كان سريعا ومتقنا.

وفي الواقع قام مربو النبات من خلال عملهم ـ بشكل منفرد ـ على أنواع مختلفة من محاصيل الحبوب، بإحداث تغييرات في هذه الأنواع من خلال انتقاء طفرات في زمر (مجاميع) جينية متشابهة. فلقد أظهرت عملية رسم الخرائط الجينية للخصائص(2)، والتي ضيقت الموقع المحتمل للجينة المسؤولة عن صفة ما، وربطها بمنطقة معينة أو موضع معين على الصبغي (الكروموسوم)، أن العديد من التغييرات التي أحدثها الإنسان في الخريطة الجينية لمحاصيل الحبوب الحالية ترتبط بمواقع مشابهة على جينومات نباتات المحاصيل ذات الصلة. ويعود السبب في هذا التشابه إلى أن بنية جينومات هذه الأنواع المتباينة هي نفسها متشابهة، وذلك على الرغم من ملايين السنين التي تفصل التطور المستقل لأنواع محاصيل الحبوب.

حصد الجينومات(****)
لقد تم تحديد مواضع بضعة آلاف من الجينات التي تتحكم في الصفات من خلال رسم خرائط للعديد من محاصيل الحبوب المستأنسة. وأظهرت النتائج أن الخرائط الجينية للنباتات ككل قد جرى حفظها
conserved
بدرجة مذهلة. إن درجة التوافق العالية تلك (والمعروفة بالمطابقة
synteny
) بين الجينومات لجميع النجيليات تسمح للعلماء بأن يعدوها نظاما وراثيا واحدا، مما يعني أن اكتشاف جينات معينة أو الاستدلال على وظائفها في نوع ما من محاصيل الحبوب، حري أن يساعد العلماء على فهم أنواعها الأخرى وتطويرها.

عودة مستقبل محاصيل الحبوب SCI2005b21N3-4_H07_003967.jpg
يبدو نبات الذرة الحالي وسلفه «التيوسينت» متباينين جدا (الرسم)، إلى درجة جعلت العلاقة بينهما موضع تساؤل إلى أن أكدتها الأبحاث الوراثية. قام المزارعون القدامى في المنطقة المعروفة حاليا بالمكسيك، بإكثار نباتات منتقاة تحمل خصائص مرغوبة، وبذلك ساعدوا ـ عن غير قصد ـ على ظهور نسخ معينة من الجينات المسؤولة عن نمط التفرع في النبات وتركيب الحبة وصفات أخرى. ومنذ 4400 سنة، غاب الغلاف الثمري القاسي لقوالح التيوسينت (الصورة اليسرى)، وحملت قوالح الذرة المكتنزة الشبيهة بالذرة الحالية (الصورة اليمنى) نسخ الجينات المسؤولة عن تخزين الپروتين ونوعية النشاء في جميع أصناف الذرة المستأنسة الحالية.

من المحتمل أن يكون الرز المعروف علميا باسم أوريزا ساتيڤا
Oryza
sativa
، هو النوع الأول الذي يوضح العديد من هذه التبصرات الجديدة، وذلك لأنه سيكون النوع المحصولي الأول الذي سيحدّد تتالي (تسلسل) جينومه بكامله. وقد أنجز أحدنا (گوف) بالفعل مسودة تتالي النُويعات الياباني
japonica
subspecies
، والذي يعد من أكثر أنواع الرز انتشارا في اليابان والولايات المتحدة. وأنجز الباحثون الصينيون مسودة النويع الهندي
indicasubspecies
الواسع الانتشار في آسيا. ويخطط المشروع الدولي لسَلْسَلة جينوم الرز (
IRGSP
)(3)، لاستكمال التفاصيل الخاصة بتتالي الاثني عشر صبغيا للأرز مع نهاية العام 2004.

يُعد جينوم نبات الرز الأسهل من بين محاصيل الحبوب من حيث دراسته ومعالجته كونه أصغر بكثير من جينومات الأنواع الأخرى، إذ لا يمتلك سوى 430 مليونا من أزواج (أشفاع) نيوكليوتيدات الدنا
DNA
nucleotides
. وبالمقارنة، ينطوي الجينوم البشري على ثلاثة بلايين من أزواج القواعد (الأسس)
****s
تلك، وبالمثل نبات الذرة. ويحتوي جينوم نبات الشعير على خمسة بلايين من الأزواج القاعدية، في حين يحتوي القمح على عدد ضخم يصل إلى 16 بليونا من أزواج القواعد. إن مشروع تحديد تتالي جينوم الذرة هو قيد الإنجاز، أما ذلك المتعلق بالقمح فهو قيد النظر. ومن خلال المعلومات المستقاة من تتالي الجينوم المنجز للأرز، تم تعريف وتحديد عشرات الآلاف من الجينات.

تتيح لنا استراتيجيات عدة تحديد وظيفة كل جينة، غير أن الاستراتيجية المباشرة تتضمن البحث في قواعد البيانات المتاحة العائدة لجميع الجينات المعروفة، لمعرفة درجة مطابقتها. وغالبا ما تكون الجينات مسؤولة عن الفعاليات الخلوية الأساسية، حيث إن المرء ليجد جينة تتطابق تقريبا مع جينة موجودة في ميكروبات أو كائنات أخرى تمت دراسة جيناتها من قبل. فمن أصل 000 30 إلى 000 50 جينة متوقعة في نبات الرز، يمتلك نحو 000 20 منها تتاليا مماثلا لجينات سبقت دراستها وعرفت وظيفتها، مما يسمح للباحثين بالتنبؤ بدور تلك الجينات في نبات الرز.

فعلى سبيل المثال، يُتوقع إسهام ما ينوف على 1000 جينة في مقاومة الرز للعوامل الممرضة والآفات. وبالمثل، تم تحديد دور المئات من الجينات في مسارات استقلابية (أيضية) محددة تقود إلى بناء (تركيب) الڤيتامينات والكربوهيدرات والدهون (الليپيدات) والپروتينات أو سواها من المغذيات المهمة. ومن المعطيات التجريبية عن نباتات درست بعناية مثل نبات الأرابيدوپسس
Arabidopsis
، تم تحديد دور العديد من الجينات التي تنظم مسارات التخليق الحيوي
biosynthesis
، أو تؤثر في مراحل مهمة من مراحل تطور المحصول كالإزهار وتكوين البذور.

الخصائص المرغوبة(*****)
تقع الخصائص التي يسعى مربو النبات إلى تحويرها في فئات واسعة، متضمنة: خصائص النمو، والهندسة البنائية للنبات، وتحمل الإجهادات، والمحتوى الغذائي. إن زيادة الغلة (الهدف المقدس للزراعة)، يمكن تحقيقه من خلال زيادة حجم الحبوب وعددها، التي ينتجها النبات الواحد، وكذلك من خلال زيادة عدد النباتات الممكن زراعتها في مساحة معينة تخصص في العادة لنبات واحد، أو من خلال جعل النباتات متحملة لشروط لم يكن بمقدورها العيش فيها سابقا.
عودة مستقبل محاصيل الحبوب SCI2005b21N3-4_H07_003968.jpg
خصائص النمو
حجم الحبة أو عدد الحبوب
حجم السنبلة/ الكوز
سرعة النضج
الخصائص الهندسية البنائية
ارتفاع النبات
التفرع
الإزهار
تحمل الإجهادات
الجفاف
الآفات
الأمراض
مبيدات الأعشاب
التسميد المكثف
المحتوى الغذائي/ النوعية
النشاء
الپروتينات
الدهون (الليپيدات)
الڤيتامينات

ولقد ذهب عدد من الفرق البحثية إلى أبعد من ذلك وبدأوا باستعمال أدوات أكثر فعالية تعرف بالصفيفات الميكروية
microarrays
لأرشفة (فهرسة) الجينات المعبرة أو المفعلة في تشكيلة من نُسج الحبوب. ففي شركتنا
Syngenta
على سبيل المثال، اختبر العلماء نحو 000 21 جينة في نبات الرز وحددوا 269 جينة منها تمتلك تعبيرا مميزا خلال نمو حبة الرز وتطورها، مما يشير إلى أن هذه الجينات تؤدي دورا مفتاحيا مهمًا في تحديد محتوى حبة الرز الناضجة من المغذيات.

وثمة مقاربة أخرى مختلفة نوعًا تستهدف تحديد وظيفة الجينة، وهي تثبيط فعلها بإيلاج طفرة في الجينة تؤدي إلى إيقاف عملها ثم مراقبة ما يحدث للنبات. أحيانا تكون التأثيرات واضحة، ولكن من الممكن أيضا اختبار النبات المحوَّر للتحقق من التغيرات التي حدثت والتي قد تكون أقل وضوحا كتلك المتعلقة بوظائفه الفيزيولوجية العادية، أو التطورية، أو المسارات التنظيمية الداخلية أو الكيميائية الحيوية. وقد أثمرت الجهود الخاصة والعامة في جمع عينات من نباتات الرز والذرة الطافرة التي تحتوي على الآلاف من جينات نوعية مثبطة (معطلة). وتتيح الدراسات الجينومية الوظيفية المشفوعة بمقارنة تتالي الجينات في الأنواع المختلفة، الفرصة للعلماء للبدء بتكوين تصور عام عن الجينات وعددها في الرز، وأي الجينات هي التي تسهم في نمو وتطور النبات ووظائفه الفيزيولوجية ومسارات الاستقلاب وغلته النهائية. ويمكن بعد ذلك توسيع الدراسات لتشمل محاصيل الذرة والقمح والصُّرغم ومحاصيل الحبوب الأخرى.

وعندما يتم تحديد وظيفة جينة معينة، تكون الخطوة التالية هي استثمار هذه المعرفة في تحسين المحاصيل من خلال تمييز ألائل محددة في الجينة لنقل الخصائص المرغوبة. فعلى سبيل المثال، إذا عرفت الجينة المسؤولة عن تراكم النشاء في حبوب الذرة، يمكن البحث عن نسخة من هذه الجينة تؤدي الوظيفة المطلوبة تحت ظروف جفاف بالغة الشدة. ومع أنه من المحتمل وجود هذه الألائل المرغوبة في أصناف حديثة أخرى من الذرة، فإنه يمكن اكتشافها في الأقارب البرية لنباتات المحاصيل. ويعد التجانس الوراثي
homogeneity
فيما بين المحاصيل المزروعة حاليا نتيجة منطقية غير مواتية للنهج الذي اتبعه أسلافنا في استئناس هذه المحاصيل. وتشير أحد التقديرات إلى أن الجماعة المؤسسة
founding
population
التي استنبط منها نبات الذرة الحالي ربما ضمت ما لا يزيد على 20 نباتا. ولقد أسهم أسلوب انتقاء (انتخاب) عدد قليل من النباتات الفردية التي تحمل الخصائص المرغوبة بهدف إكثارها، ومن ثم استيلادها داخليا
inbreeding
لآلاف السنين من قبل المزارعين الأوائل، في الحد من التنوع الجيني في الأنواع المستأنسة.

ثمة بحوث رائدة تُجرى على نباتي الرز والبندورة (الطماطم) قادها <
S
. تانكسلي> و<
S
. مكّوتش> [من جامعة كورنل في الولايات المتحدة] لاكتشاف ألائل مفيدة في الأصناف البرية، قد يمكنها المساهمة في تحسين المحاصيل المزروعة حاليا. وقد كشفت بحوثهم عن مدى التنوع الجيني المتاح في أقارب برية للنباتات المستأنسة، مبينة في الوقت نفسه أن المصادر الجينية القيمة من الأصناف البرية ليست دائما واضحة. ففي تجربة نُفذت في منتصف التسعينات من القرن العشرين، زاوج فيها <تانكسلي> بين نوع
species
من البندورة بري صغير الحجم مجلوب من الپيرو ذي ثمار خضراء رفيعة، وبين صنف حديث زراعي التكوين
eultivar
ذي ثمار خفيفة الحمرة. وجاءت النتيحة مفاجئة عندما وجد أن جينة من البندورة الخضراء، جعلت ثمار الصنف الأحمر أكثر احمرارا. وتبين لاحقا، أن البندورة الخضراء، افتقرت إلى جينات معينة ضرورية لإكمال بناء صباغ الليكوپين الذي يكسب ثمار البندورة لونها الأحمر، بيد أنها تنطوي على أليل متفوق لأحد الجينات يؤدي دورا في المراحل الباكرة من مسار بناء صباغ الليكوپين في البندورة.

مطابقة الخصائص للجينات(******)
إن الأدوات التي تسمح للعلماء بتتبع بعض أمراض البشر وتحديد الجينات المسؤولة عنها، هي نفسها التي تجعل من الممكن تحديد الجينات المسؤولة عن الخصائص النباتية. ويمكن لتقانات رسم الخرائط أن ترجح موضع جينة ما مسؤولة عن خصيصة معينة في منطقة واحدة على الصبغي، وهكذا يضيق البحث في تتبع الدنا في تلك المنطقة من الصبغي إلى مستوى الجينة الواحدة. وبغية تحديد وظيفة الجينة، يمكن للباحثين تطبيق أي من التقانات التالية:
البحث في قواعد البيانات
عودة مستقبل محاصيل الحبوب SCI2005b21N3-4_H07_003969.jpg
يمكن أن تؤدي مقارنة جينة حديثة الاكتشاف مع جينات معروفة موجودة في مجموعة متنوعة من قواعد البيانات إلى شبه مطابقة بين الجينات. فمن أصل 000 40 - 000 50 جينة متوقعة في نبات الرز، وجد ما مجموعه 000 20 جينة مشابهة لجينات سبقت دراستها في كائنات أخرى، ويفترض أنها تؤدي الوظيفة نفسها.
الصورة المجملة للتعبير
عودة مستقبل محاصيل الحبوب SCI2005b21N3-4_H07_003970.jpg
إن تقديم صورة مجملة للتعبير يوفر مفتاحا لفهم وظيفة الجينة، وذلك من خلال إظهار متى وأين يتم تفعيل الجينة في النبات. فالصفيف الميكروي يضم الآلاف من نتف الدنا المعروفة بالمسابر (المجسات). ويطابق كل مِسْبر توقيعا فريدا لفعالية الجينة يدعى: الرنا المرسال
mRNA
. وحالما تمرر عينات الخلايا النباتية عبر الصفيف الميكروي سيلتصق أي رنا مرسال موجود إلى ما يطابقه من المسابر، مسببا إصدار الضوء من المسابر. فعلى سبيل المثال، إذا ما عبرت جينة معينة عن نفسها أو فعلت تكوين الحبة فقط، فهذا يعني أن هذه الجينة تؤدي دورا في تلك السيرورة.
مكتبة النبات الطافرة
عودة مستقبل محاصيل الحبوب SCI2005b21N3-4_H07_003971.jpg
يمكن أن تدل دراسة النباتات الطافرة على وظائف جينات معينة، وذلك من خلال إظهار ما يحدث عند تثبيط فعل تلك الجينات. فإيلاج شُدفة من الدنا في جينة معينة، يمكن أن يبطل أو يسكت تلك الجينة في النبات النامي. ويؤدي تقصي النباتات الطافرة بحثا عن الاختلافات الفيزيائية والكيميائية بينها وبين النباتات السوية إلى الاستدلال على الوظيفة الاعتيادية للجينة.
التصنيفات المتوقعة لجينات الرز
تمكن الباحثون، باستخدام الطرائق الموصوفة أعلاه، من تحديد وظائف جزء كبير من جينات محصول الرز أو التنبؤ بها.
عودة مستقبل محاصيل الحبوب SCI2005b21N3-4_H07_003972.jpg

ولايزال اكتشاف التنوع الجيني في الأقارب البرية لمحاصيلنا في مراحله الأولى. ففي الرز والبندورة، لايزال ما يقارب 80 في المئة من مجمل التنوع الأليلي في كل منهما غير مطروق. وقد بينت دراسات مدهشة ل<تانكسلي> و<مَكوتش> وآخرين، بشكل متكرر، قدرة الألائل البرية على إحداث تبديلات جوهرية في الخصائص المادية للنباتات المستأنسة، مع أن بعضا من هذه التبديلات يبدو مغايرا للخصائص المألوفة للنباتات البرية، كما في مثال البندورة السابق ذكره. ومن ثم فإنه ما لم تتوافر التقانة الملائمة لاستخدام الجينات أو المواقع الصبغية كواسمات جزيئية، سيجد العلماء أن تحديد بعض هذه الخصائص المرغوبة أو نقلها إلى المحاصيل الحديثة أمرا شبه مستحيل.

تربية النبات بمساعدة واسمات(*******)
ما إن يفرغ العلماء من مهمة تحديد زمر معينة من الألائل المفيدة في نباتات الأنواع البرية أو الأصناف النباتية الحديثة، حتى يصبح الهدف هو نقل هذه الألائل إلى صنف محصول حديث أُنتج بأسلوب التربية، وهو ما يعرف بالصنف النخبة
elite
cultivar
. إن بوسعنا الاستعانة بدنا بكتيري أو ببعض وسائل الحمل الأخرى، لتوصيل الجينات المُنتقاة مطبقين السيرورة نفسها المسماة التحوير
transformation
، المستخدمة لاستنباط ما يعرف بالمحاصيل المحورة جينيا. على أن العلماء يتحرون كذلك مقاربة تدعى التربية الموجهة بالواسمات الجينية، بوسعها تحاشي سيرورة الترخيص النظامي الطويل والمكلف، للنباتات المحورة جينيا
transgenic
plants
.

عندما تحدد الألائل المسؤولة عن الخصائص المرغوبة بدقة، أو حتى مجرد موضعها على الصبغي، يستطيع المربي «تصميم» نبات جديد يمتلك هذه الخصائص إضافة إلى خصائصه النوعية المتفوقة كصنف نخبة، ثم يقوم بتشكيله من خلال التهجين بمساعدة تقانة التبصيم الدناوي
DNA
-
fingerprinting
، كتلك المستخدمة في تحديد الأبوة أو البت في المسائل القضائية (انظر الشكل في الصفحة 56).

تنتج جميع برامج التربية التقليدية عشرات الآلاف من البادرات، وعوضا عن وجوب زراعة كل من هذه الأنسال والانتظار حتى وصولها إلى طور النضج للتحقق من أن خصيصة ما قد تم توريثها، يمكن للمربي ببساطة، أخذ نتفة
bit
من دنا كل بادرة وفحص جيناتها للتأكد من انتقال الألائل المختارة، التي تشكل واسمات تدل على الخصيصة المرغوبة.

تتم زراعة البادرات الحاملة للألائل المرغوبة إلى أن تصبح مهيأة للتهجين مع الصنف النخبة. ويجري اختبار النسل الناتج من هذا التهجين للتأكد من انتقال الألائل المرغوبة إليها، وتُتابع العملية إلى أن يحصل المربي على جماعة من النباتات تشبه الصنف النخبة الأصلي لكن مع وجود الألائل الجديدة المطلوبة في كل من أفراده. إن الوفورات الزمنية، الناتجة من استخدام التبصيم الجيني للتحقق من وجود واسمات الخصائص في كل مرحلة من هذه السيرورة من شأنها توفير أعوام عديدة كان لا بد منها لتطوير أصناف محصولية جديدة. ويتيح هذا التسارع للمربين أن يكونوا أكثر استعدادا للحالات المتبدلة الطارئة، كحالة ظهور آفات جديدة أو اكتساب الآفات القديمة درجة من المناعة تصبح معها أكثر مقاومة لسبل مكافحتها المعتادة. ويصبح تفصيل
tailoring
أصناف محصولية جديدة، تحمل توليفات من الخصائص المثلى، تلائم بيئات متباينة، وتلبي حاجات المُزارع ورغبات المستهلك، أمرا أسهل منالا.

عودة مستقبل محاصيل الحبوب SCI2005b21N3-4_H07_003973.jpg
المؤلفان <M .J. سالمرون> (إلى اليسار) و<A .S. گوف> مع نباتات الذرة التجريبية. وفي الدفيئة الزجاجية، يتم تغطية الأعضاء التكاثرية الأنثوية من نباتات الذرة بأكياس من الورق الأبيض المكسو بطبقة شمعية، لمنع إخصابها بالأعضاء التكاثرية الذكرية (أو الشرّابات) الواقعة في قمة النبات.

بيد أن إمكانية التطوير الفعلي في هذه الطريقة تكمن في قدرتها على فتح باب المستودعات الجينية المتخلقة منذ آلاف السنين عندما استؤنست محاصيلنا الرئيسية أول مرة. وعندما يتمكن العلماء من مراكمة المزيد من المعرفة عن وظائف الجينات في النجيليات، يصبح بمقدورنا البحث بصورة أكفأ في المستودع الضخم للتنوع الجيني الكامن في الأقارب البرية لنباتات المحاصيل المزروعة حاليا. وتقدم إحدى تجارب الباحثة <مكوتش> مثالا على بعض الطرائق الممكنة. فقد استخدمت الواسمات الجزيئية لتحديد مواضع جينات في أحد الأسلاف البرية للأرز الماليزي المعروف باسم أوريزا روفيپوگن
O
.
rufipogon
؛ ثم استثمرت الباحثة <مكوتش> وزملاؤها تقانة التربية بمساعدة الواسمات لنقل ما مجموعه 2000 جينة، أي ما يقارب 5 في المئة من مجمل جينوم الرز، إلى نباتات صنف هجين حديث من الرز الصيني.

كان محور اهتمام هذه التجربة هو إيجاد ألائل قادرة على إحداث زيادة إضافية في غلة أحد الهجن العالية الغلة أساسا. وقد اختبرت النباتات الناتجة من حيث امتلاكها لعدد من الخصائص الوثيقة الصلة بالغلة العالية، مثل طول النبات وطول العنقود الزهري (العُثْكول)
panicle
ووزن الحبوب. وتمثلت النتائج باكتشاف حقيقة أن ما يقارب من نصف المواقع الجينية في الأقارب البرية يحمل ألائل مسؤولة عن الغلة العالية في الرز، مع أن بعضا من هذه الألائل يحمل آثارا سلبية في خصائص أخرى تؤثر في النبات، مثل إبطاء النضج. على أنه لوحظ أن اثنين من الألائل من صنف الرز أوريزا فيپوگن يبدو أنهما لا يحملان آثارا سلبية، وساهما في زيادة غلة الصنف الحديث الزراعي التكوين
modern
cultivar
بمعدل 17 و 18 في المئة على التوالي. وكما في تجربة <تانكسلي> على محصول البندورة، لا توجد أي علامات مميزة في مظهر النبات البري (انظر الإطار في الصفحة 56) تدل على قدرته على إغناء الرز المزروع بمعلومات تتعلق بالغلة، غير أن النتائج المتحصلة كانت مثيرة للإعجاب ومشجعة.

تصميم وبناء محاصيل جديدة(********)
عندما يجد العلماء الجينة التي تتحكم في خصيصة نباتية معينة كحجم الحبة، يمكنهم تفحص أصناف مختلفة من النباتات المستأنسة وأقاربها البرية للعثور على نسخة معدلة، أي أليل، من الجينة. ويستطيع المربي بعد ذلك نقل الأليل المرغوب فيه من نبات إلى آخر بطرائق التهجين التقليدية مستعملا الأليل نفسه كواسم للخصيصة قابل للتتبع. وعوضا عن الانتظار موسم نمو كاملا كي تنضج النباتات يمكن للمربي ـ بسرعة ـ التأكد من امتلاك البادرات للخصيصة المرغوبة وذلك باختبارها بحثا عن الأليل المذكور في دورة من دورات التربية. ويمكن لتقانة التربية بمساعدة الواسمات، أن تُقصر ـ بشكل ملحوظ ـ الزمن المطلوب لإنتاج صنف جديد من المحاصيل.
عودة مستقبل محاصيل الحبوب SCI2005b21N3-4_H07_003974.jpg
يمكن تهجين كل من أصناف الرز الأربعة، التي تحمل خصيصة مرغوبة، مع سلالة منتخبة أو صنف زراعي التكوين، لإنتاج عشرات الآلاف من البادرات.
سوف ترث بعض البادرات (وليس جميعها) الأليل المرغوب.
عودة مستقبل محاصيل الحبوب SCI2005b21N3-4_H07_003975.jpg
عوضا عن وجوب زراعة آلاف النباتات والانتظار حتى النضج لمعرفة أي منها قد توارث الخصيصة، يمكن للمربي اختبار الدنا لكل بادرة بغية التأكد من وجود الأليل المرغوب، وذلك بعد أيام قليلة من الإنبات باستخدام تقانة التبصيم الدناوي.
يتاح للأنسال الحاملة للألائل المرغوبة ـ دون غيرها ـ النماء حتى مرحلة النضج الكافي لإجراء التهجين مع الصنف النخبة، وتدعى هذه الخطوة التهجين الرجعي.
يكرر التهجين والتهجين الرجعي، مع اختبار جينات الأنسال في كل دورة، حتى يتم نقل الألائل المرغوبة جميعها إلى نباتات الصنف النخبة.
التنوع الجيني في محصول الرز
بعد انقضاء آلاف السنين من الاستيلاد الداخلي، لاتزال أصناف المحاصيل الحالية أقل بكثير في تنوعها الجيني من أقربائها البرية (الرسم في الأسفل)، الأمر الذي يجعل النباتات البرية مخزونا احتياطيا غنيا بالألائل المبتكرة. إن الغنى غير المطروق في النباتات البرية ليس دائما واضحا؛ ففي بعض التجارب على أحد أسلاف الرز يدعو أوريزا روفيپوگن (في اليسار)، تم نقل ألائل من النبات البري إلى نباتات من صنف صيني حديث عالي الغلة من الرز، باستخدام تقانة التربية بمساعدة الواسمات. وقد أدت جينات نباتات الصنف البري المتدني الغلة إلى رفع غلة الصنف بمقدار 17-18 في المئة.
عودة مستقبل محاصيل الحبوب SCI2005b21N3-4_H07_003976.jpg

عودة مستقبل محاصيل الحبوب SCI2005b21N3-4_H07_003977.jpg

ومن الطبيعي أن بعضا من الجينات النافعة لا يمكن نقله إلى الأصناف الحديثة من خلال طرائق التربية التقليدية. فمثلا، لا تضم النباتات التي ستهجن مع الذرة أي جينات يمكنها إكساب النبات القدرة على تحمل مبيدات الأعشاب أو مقاومة الحشرات.

إن من الممكن نقل جينة ما إلى نبات مستقبل
recipient
باستخدام تقانات التحوير المألوفة، بيد أن هذه التقانات لا تمكن العلماء من تحديد موقع الجينة الجديدة في جينوم النبات المستقبِل. وهكذا، فإنه من الممكن إضافة أليل جديد، ولكن هذا لا يعني بالضرورة تحقيق النجاح في الاستعاضة عن الأليل القديم غير المرغوب بالأليل الجديد. ومع ذلك، ففي خلايا الفئران وبعض الأحياء الميكروية، تمكن ظاهرة تدعى التأشيب(4) المتماثل
homologous
recombination
من توجيه الجينة المولجة إلى موضع معين على الصبغي الذي يشابه تتالية الدناوي
DNA
sequence
ذلك الموجود في الجينة المولجة، متيحا للأليل المرغوب من جينة معينة أن يحل محل الأليل الأصلي.

عودة مستقبل محاصيل الحبوب SCI2005b21N3-4_H07_00136.gif
لقد تضاعف متوسط إنتاج العالم من الذرة والرز والقمح نحو ثلاث مرات خلال الفترة 1950-2000 التي شهدت تزايدا سكانيا مماثلا. ووفق التزايد السكاني العالمي الذي يتوقع أن يبلغ نحو 9 بلايين نسمة بحلول عام 2050، مع المحافظة في الوقت نفسه على معدل الاستهلاك اليومي الحالي من هذه المحاصيل بحدود 0.9-3.3 رطل للفرد الواحد، فإنه يجب المحافظة على زيادة إنتاج هذه المحاصيل بمعدل 1.5 في المئة سنويا.

وقد نتمكن في المستقبل من تحقيق طريقة الخطوة الواحدة في استبدال ألائل الجينات في نباتات المحاصيل. فطريقة التأشيب المتماثل قد تم تحقيقها مؤخرا في الرز، وجرى استخدام سيرورة مقاربة لاستبدال الألائل في نبات الذرة. وحالما تصبح هذه السيرورة أمرا اعتياديا، فإن القدرة على مقايضة شُدف (قطع) من الصبغيات بهذه الطريقة في المختبر، قد تسمح للعلماء بمبادلة الألائل بين بعض النباتات التي لا يمكن تهجينها طبيعيا.

وحاليا، تسهم تقانة التربية بمساعدة الواسمات في تسريع سيرورة مبادلة الألائل والتأشيب المتماثل في المحاصيل التي تتبع النوع النباتي نفسه أو الأنواع الوثيقة القرابة. وتجدر الإشارة إلى أنه لم يتم استئناس أي محصول جديد من محاصيل الحبوب منذ أكثر من 3000 سنة، وفي هذا إشارة واضحة إلى أنه يجب عليها الاعتماد على تحسين محاصيلنا الرئيسية الحالية لتلبية الاحتياجات الغذائية المتزايدة. وبامتلاكنا القدرة على الإمعان والتبصر في الجينومات النباتية والأدوات المساعدة على جني ما تخبئه كنوزها الدفينة، فإن علم الوراثة سيفتح الطريق إلى ثورة خضراء جديدة.

المؤلفان
Stephen A. Goff - John M. Salmeron
عالما وراثة نباتية في الشركة Syngenta للتقانات الحيوية في كارولينا الشمالية. قاد <گوف> فريقا بحثيا أمريكيا لإنتاج مسودة تتالي جينوم الرز نشرت عام 2002، وهو يعمل حاليا في مهمة إنسانية لاستخدام المعطيات الجينية للأرز للإسهام في جهود تحسين المحاصيل في الدول النامية. أما <سالمرون> فيعمل مديرا للوراثة التطبيقية للصفات في الشركة نفسها، ويطبق تقنيات الوراثة في تحسين المحاصيل منذ عام 1989. وعندما كان باحثا في مرحلة ما بعد الدكتوراه في جامعة كاليفورنيا (بيركلي)، تمكن من عزل (استفراد) واحدة من أولى الجينات المسؤولة عن مقاومة الأمراض النباتية في نبات البندورة.

مراجع للاستزادة
Seed Banks and Molecular Maps: Unlocking Genetic Potential from the Wild. Steven D. Tanksley and Susan R. McCouch in Science, Vol. 277, pages 1063-1066; August 22, 1997.
A Draft Sequence of the Rice Genome (Oryza sativa L. ssp. japonica). Stephen A. Goff et al. in Science, Val. 296, pages 92-100; April 5, 2002.
Gramene, a Tool for Grass Genomics. D. H. Ware et al. in Plant Physiology, Vol. 130, No. 4, pages 1606-1613; December 2002.
Early Allelic Selection in Maize as Revealed by Ancient DNA. Viviane Jaenicke-Despres et al. in Science, Vol. 302, pages 1206-1208; November 14, 2003.
Scientific American, August 2004

(*) BACK FUTURE OF CEREALS
(**) Overview/ Tapping Crops' Genetic Wealth
(***) Cearting Modern Crops
(****) Harvesting Genomes
(*****)Desireable Traits
(******) Matching Traits to Genes
(*******) Marker-Assisted Breeding
(********) Designing and Building New Crops

(1) ألائل: جمع أليل أو صِنْو: وجه من وجوه بديلة متعددة للجينة، تحتل موقعا محددا على الصبغي، يرث الفرد أليلا واحدا لكل موقع من كل من الأبوين. وبذا يحمل كل فرد أليلين لكل جينة. (التحرير)
(2) genetic mapping
(3) The International Rice Genome Sequencing Project
(4) التأشيب recombination: لغة الخلط، وهنا يعني تكوين نسل أو «دنا» صنعي جديد باتحادات جينية غير تلك التي توجد في الوالدين بالتعابير أو بالتوزيع المستقل. والمأشوب recombination هو الفرد أو الخلية الجديدة التي تتولد نتيجة اتحادات جينية جديدة بين الصبغيات أو في الصبغي نفسه. (التحرير)
المصدر: ملتقى شذرات


u,]m Ygn lsjrfg lphwdg hgpf,f

__________________
رد مع اقتباس
إضافة رد
إضافة رد

العلامات المرجعية

الكلمات الدلالية (Tags)
محاصيل, مستقبل, الحبوب, عودة

« طاقة كبيرة كامنة في مزارع صغيرة | الزراعة في المستقبل: عودة إلى الجذور؟ »

يتصفح الموضوع حالياً : 1 (0 عضو و 1 ضيف)
 
أدوات الموضوع

ضوابط المشاركة
لا تستطيع إضافة مواضيع جديدة
لا تستطيع الرد على المواضيع
لا يمكنك اضافة مرفقات
لا يمكنك تعديل مشاركاتك

BB code متاحة
كود [IMG] متاحة
كود HTML معطلة

ضوابط المشاركة
لا تستطيع إضافة مواضيع جديدة
لا تستطيع الرد على المواضيع
لا يمكنك اضافة مرفقات
لا يمكنك تعديل مشاركاتك

BB code متاحة
كود [IMG] متاحة
كود HTML معطلة


المواضيع المتشابهه
الموضوع كاتب الموضوع المنتدى مشاركات آخر مشاركة
الحبوب المنبتة فيها قوة غذاء و شفاء عجيبة Eng.Jordan شذرات زراعية 0 11-29-2015 04:00 PM
تفسير رؤيا الحبوب والزرع والبقول Eng.Jordan تفسير الأحلام 0 01-31-2013 08:26 PM
التعرف على بذور بعض محاصيل الخضر Eng.Jordan الملتقى العام 0 11-02-2012 09:17 PM
طريقة عمل صينية برك الجبنة التركية بالصور Eng.Jordan البيت السعيد 1 06-19-2012 01:03 AM
كيفية عمل صلصة الجبنة Eng.Jordan البيت السعيد 0 06-18-2012 08:19 PM

 

 

 
 

 

 
     
 

  sitemap  forummap

 


جميع الأوقات بتوقيت GMT +3. الساعة الآن 10:56 PM.

الاستايل الأصلي من تصميم استضافة لمسات


Powered by vBulletin® Version 3.8.7
Copyright ©2000 - 2017, Jelsoft Enterprises Ltd.
Adsense Management by Losha
جميع المواضيع والمشاركات المطروحة تعبر عن وجهة نظر كاتبها ولا تعبر بالضرورة عن رأي إدارة الموقع
جميع الحقوق محفوظة لـ موقع شذرات
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68