«إكسير حياة» للمحاصيل الغذائية في ظروف الاحترار

اكتشاف بيانات وراثية تساعد النباتات على البقاء فترات أطول

اكتشف علماء من جامعة كاليفورنيا الأميركية بيانات وراثية من شأنها أن تساعد المحاصيل الغذائية مثل الطماطم والأرز على البقاء على قيد الحياة لفترات أطول وأكثر كثافة، في ظل ظروف الجفاف على كوكبنا الذي يزداد احتراراً.
وعلى مدار العقد الماضي، سعى فريق البحث إلى إنشاء أطلس جزيئي لجذور المحاصيل، وهي الجزء من النبات الذي يكتشف أولاً آثار الجفاف والتهديدات البيئية الأخرى، واكتشفوا الجينات التي يمكن للعلماء استخدامها لحماية النباتات من هذه الضغوط. وحقق بحثهم، الذي نشر في 18 مايو (أيار) الماضي بالعدد الأخير من دورية «سيل»، درجة عالية من فهم وظائف الجذر لأنه يجمع البيانات الجينية من خلايا مختلفة من جذور الطماطم المزروعة في الداخل والخارج. تقول نيليما سينها، أستاذة بيولوجيا النبات بجامعة كاليفورنيا في ديفيس، والمؤلفة المشاركة بالدراسة في تقرير نشره الموقع الإلكتروني للجامعة: «كثيرًا ما يقوم الباحثون بإجراء تجارب مختبرية، لكن البيانات في الدراسة تنظر في عينات ميدانية، وأسفرت البيانات عن معلومات حول الجينات التي تخبر النبات بعمل ثلاثة أشياء رئيسية».
وأول الأشياء التي أشارت إليها الدراسة هي (الزيلم)، وهو عبارة عن أوعية مجوفة تشبه الأنابيب تنقل الماء والمواد الغذائية من الجذور وصولًا إلى البراعم، وبدون النقل في نسيج الخشب، لا يمكن للنبات أن يصنع طعامه من خلال عملية التمثيل الضوئي.
يقول المؤلف الرئيسي للدراسة سيوبهان برادي، أستاذ بيولوجيا النبات في جامعة كاليفورنيا في ديفيس، إن «الزيلم مهم جدًا لدعم النباتات ضد الجفاف وكذلك الملح والضغوط الأخرى».
في المقابل، ومن دون نقل المعادن النباتية في نسيج الخشب، سيكون لدى البشر والحيوانات الأخرى عدد أقل من الفيتامينات والمغذيات الضرورية لبقائنا على قيد الحياة، وبالإضافة إلى بعض العوامل اللاعبة النموذجية المطلوبة لتشكيل نسيج الخشب، تم العثور على جينات جديدة ومدهشة. وكانت المجموعة الرئيسية الثانية من الجينات هي تلك التي توجه الطبقة الخارجية من الجذر لإنتاج اللجنين والسوبرين. والسوبرين هو المادة الرئيسية في الفلين ويحيط بالخلايا النباتية في طبقة سميكة، حيث يحتجز الماء أثناء الجفاف. والمحاصيل مثل الطماطم والأرز لها سوبرين في الجذور، وتحتوي ثمار التفاح على مادة سوبرين تحيط بخلاياها الخارجية، وفي أي مكان يمنع السوبرين النبات من فقدان الماء، ويقوم اللجنين أيضًا بعزل الخلايا للماء ويوفر الدعم الميكانيكي.
تقول المؤلفة المشاركة في الدراسة جوليا بيلي سيريس: «السوبرين واللجنين شكلان طبيعيان للحماية من الجفاف، والآن بعد أن تم تحديد الجينات التي تشفر لهما في هذه الطبقة المحددة جدًا من الخلايا، يمكن تعزيز هذه المركبات». وتضيف «أنا متحمسة لأننا تعلمنا الكثير عن الجينات التي تنظم طبقة حاجز الرطوبة هذه، وهو أمر مهم للغاية للقدرة على تحسين تحمل الجفاف للمحاصيل». وتبين أيضًا أن المجموعة الثالثة وهي الجينات التي تكود خلايا جذر النبات بالنسيج الإنشائي متشابهة بشكل ملحوظ بين الطماطم والأرز والأرابيدوبسيس، وهو نبات نموذجي يشبه الأعشاب الضارة. والنسيج الإنشائي هو الطرف المتنامي لكل جذر، وهو مصدر جميع الخلايا التي يتكون منها الجذر. تقول بيلي سيريس: «إنها المنطقة التي ستصنع بقية الجذر، وستكون بمثابة مكان مناسب للخلايا الجذعية، وهي تملي خصائص الجذور نفسها، مثل حجمها، ومعرفة ذلك يمكن أن يساعدنا في تطوير أنظمة جذر أفضل». ويوضح برادي أنه عندما يهتم المزارعون بمحصول معين، فإنهم يختارون نباتات لها ميزات يمكنهم رؤيتها، مثل فواكه أكبر وأكثر جاذبية، يصعب على المربين اختيار نباتات ذات خصائص تحت الأرض لا يمكنهم رؤيتها.
يقول «النصف المخفي من النبات، تحت الأرض، أمر بالغ الأهمية للمربين للنظر فيما إذا كانوا يريدون زراعة نبات بنجاح، وستساعدنا القدرة على تعديل النسيج الإنشائي لجذور النبات على هندسة المحاصيل بخصائص مرغوبة أكثر».
ورغم أن هذه الدراسة حللت ثلاثة نباتات فقط، إلا أن الفريق يعتقد أنه يمكن تطبيق النتائج على نطاق أوسع. تقول سيريس: «الطماطم والأرز يفصلهما أكثر من 125 مليون سنة من التطور، ومع ذلك ما زلنا نرى أوجه تشابه بين الجينات التي تتحكم في الخصائص الرئيسية، ومن المحتمل أن تكون أوجه التشابه هذه صحيحة بالنسبة للمحاصيل الأخرى أيضًا».