علماء القمح يكشفون عن “منجم ذهب” تاريخي
مصر:إيهاب محمد زايد
يمكن لمجموعة قديمة من القمح من جميع أنحاء العالم أن تبث حيوية جديدة في المادة الأساسية. عندما ابتكر مربو النباتات القمح الحديث خلال القرنين التاسع عشر والعشرين،
ركزوا على تهجين بعض الأصناف الرئيسية واستيلادها بشكل انتقائي، مما أدى إلى إنتاج محصول عالي الإنتاجية ولكنه عرضة للأمراض والحرارة والجفاف ويعتمد على الاستخدام الخالي من الأسمدة. قد يكمن جزء من الحل،
وفقًا لدراسة نشرتها مجلة Nature، في التنوع الوراثي في 827 نوعًا من القمح، اختفى الكثير منها من المزارع منذ فترة طويلة.
يعد هذا البحث تتويجًا لجهود ضخمة استمرت عقدًا من الزمن لتوصيف مجموعات المحاصيل أو السلالات الأصلية، وتحديد تسلسل جينوماتها، وزراعتها في الحقول، وفحص سماتها.
يقول عالم الوراثة خورخي دوبكوفسكي من جامعة كاليفورنيا في ديفيس، والذي لم يشارك في الدراسة: “إنه عمل شاق”. “سيكون هذا مصدرًا جديدًا رائعًا لمجتمع أبحاث القمح العالمي.” وقد تمكن العلماء بالفعل من تحديد الجينات التي يمكن، إذا تمت زراعتها في القمح الحديث، أن تقلل من حاجة المحصول إلى الأسمدة النيتروجينية وتزيد من مقاومته لمرض تعفن القمح، وهو المرض الذي يهدد الآن المحاصيل في معظم أنحاء العالم.
تم تجميع مجموعة السلالات الأصلية في إنجلترا بدءًا من عام 1924، عندما انضم آرثر إرنست واتكينز إلى معهد تربية النباتات بجامعة كامبريدج. كان واتكينز يدرس تشريح القمح، ويفحص التباين في السمات مثل الهياكل الورقية الموجودة في الجزء العلوي من الساق.
لقد أدرك أن هذه السمات قد تساعد في التمييز بين السلالات الأصلية. لذلك، أقنع مجلس التجارة في لندن بجمع عينات القمح نيابة عنه. على مدى عقدين من الزمن، قام القناصل ووكلاء الأعمال في جميع أنحاء الإمبراطورية البريطانية وخارجها بزيارة الأسواق المحلية واشتروا الحبوب التي تمت زراعتها في أكبر عدد ممكن من البيئات، وحصلوا على 7000 عينة من القمح من 32 دولة.
ومنذ ذلك الحين، أبقى القيمون على المجموعة قابلة للحياة عن طريق زرع البذور وجمعها كل بضع سنوات – وهي ممارسة لم تتوقف إلا بسبب الحرب العالمية الثانية، عندما فقدت بعض السلالات الأصلية.
وفي الوقت نفسه، توقف المزارعون في العالم الأوسع عن زراعة العديد من هذه السلالات الأصلية مع وصول قمح جديد عالي الإنتاجية. وفقد آخرون تفردهم عندما قام المزارعون الفضوليون بتزاوجهم مع الأصناف الحديثة.
إن هذا التآكل في التنوع الجيني يجعل مجموعة واتكينز – التي يحتفظ بها الآن مركز جون إينيس (JIC)، وهو معهد لعلوم النبات في نورويتش بإنجلترا – بمثابة “لقطة من الزمن” ثمينة، كما تقول أليسون بنتلي، عالمة وراثة القمح في الجامعة الوطنية الأسترالية.
ولمعرفة مدى أهميتها، أراد سايمون غريفيث، عالم الوراثة في مركز جون إينيس ، تسلسل جينومات السلالات الأصلية ورسم خريطة للتنوع الجيني الجديد الذي تحتويه. ونظرًا لحجم جينوم القمح، الذي كان أكبر بأربعين مرة من جينوم الأرز، كانت المهمة خارج نطاق سيطرته.
جاءت المساعدة من عالم الوراثة التطورية شيفينج تشينج من معهد الجينوم الزراعي في شنتشن، المتخصص في كشف جينومات المحاصيل. وفي 3 أشهر فقط، قام فريق تشينغ بتسلسل 827 سلالة أصلية تاريخية، إلى جانب 208 صنفًا حديثًا للمقارنة.
يتذكر جريفيث أن بيانات الجينوم وصلت إلى مركز جون إينيس في حقيبة مليئة بالأقراص الصلبة.
ألقى الفريق أولاً نظرة واسعة النطاق على التنوع الجيني الموجود في جينومات القمح، وهي “لحظة مذهلة”، كما يقول غريفيث. تحتوي السلالات الأصلية التاريخية على ضعف التنوع الموجود في جميع الأصناف الحديثة. يقول تشينغ: “لقد رأيت أننا كنا نستكشف منجمًا للذهب”.
ومع ذلك، لكي يستفيد المربون من هذا التنوع، فإنهم بحاجة إلى معرفة السلالات الأصلية التي يمكن أن تمنح القمح سمات مرغوبة محتملة. لذلك قام الفريق بإنشاء تهجينات من مجموعة بذور مركز جون إينيس ، مما أدى إلى 6762 مجموعة فريدة. وبعد زراعتها في البيوت الزجاجية والحقول في المملكة المتحدة والصين،
قام الفريق بقياس 137 سمة بما في ذلك المحصول والمحتوى الغذائي وتحمل الإجهاد. ثم قاموا بتطوير خوارزميات لربط تلك السمات ببيانات الجينوم وتحديد مصادر الجينات المسؤولة عن السمات المفيدة. يقول تشينغ إن الجزء الأصعب كان العثور على موارد حسابية كبيرة بما يكفي للتعامل مع بيتابايت من البيانات. “إذا لم تجرب ذلك من قبل، فلا يمكنك تخيله.”
في ورقتهم البحثية Nature، سلط فريق غريفيث وتشينغ الضوء على الجينات والعلامات الجينية للتنوع مجموعة من السمات المهمة، مثل المحتوى الغذائي وتحمل الإجهاد..
تقول كاثرين فيوليت، كبيرة العلماء في شركة إناري الزراعية، وهي شركة متخصصة في التكنولوجيا الحيوية النباتية ومقرها كامبريدج، ماساتشوستس، إنه ليس من الواضح بعد مدى أهمية هذه الجينات المحددة، لكن الموارد الجديدة لها قيمة “هائلة”. وتقول: “يمكنك تحديد الجينات لأي خاصية تهم القمح”.
ويشتبه مارك سوريلز، أحد مربي القمح في جامعة كورنيل، في أن السلالات الأصلية تحتوي على جينات يمكن أن تسمح للقمح بالازدهار باستخدام كمية أقل من الأسمدة النيتروجينية. ويشير إلى أن النباتات الموجودة في مجموعة واتكينز تعود إلى ما قبل أن تصبح الأسمدة الرخيصة متاحة على نطاق واسع،
لذلك قد تتكيف مع التربة الأقل غنية بالمغذيات. وبعد زراعة السلالات الأصلية في الحقول التي تحتوي على مستويات عالية أو منخفضة من الأسمدة، لاحظ الباحثون في مقالة Nature أنهم وجدوا “مجموعة جينات واعدة جدًا” تتعلق بالاستخدام الفعال للنيتروجين.
لقد أنتجت السلالات الأصلية بالفعل جينًا لا يقدر بثمن يسمى Pm4، والذي يضفي مقاومة لفح القمح.
تم اكتشاف Pm4 في مجموعة واتكينز ووصفه في طبعة أولية نُشرت العام الماضي، وهو يكافح سلالة شديدة الخطورة من الفطريات المسببة للمرض. ويعمل المربون في المركز الدولي لتحسين الذرة والقمح في المكسيك الآن على إضافة Pm4 إلى أصناف القمح المزروعة في جنوب شرق آسيا، حيث تتعرض المحاصيل للخطر.
يقول تشنغ إن المربين في الصين يضيفون بالفعل سمات أخرى من مجموعة واتكينز إلى أصناف القمح الحديثة المزروعة في البلاد. على سبيل المثال، يتطلع أحد المتعاونين في شمال الصين إلى تعزيز قدرة القمح على النمو في التربة المالحة.
وفي الهند، وهي مصدر 128 سلالة أصلية في المجموعة، يعمل الباحثون في جامعة البنجاب الزراعية على تحسين مقاومة الأمراض باستخدام البذور التي حصلوا عليها من شركة مركز جون إينيس . يقول بارفين تشونيجا، عالم الوراثة في الجامعة، إن جهودهم سوف “تكتسب زخمًا” الآن بسبب المعلومات الواردة في الورقة الجديدة.
ويحذر سوريلز من أن “مربي النباتات يجب أن يتحلوا بالصبر على المدى الطويل”. ويوضح أن التهجين يضيف خصائص غير مرغوب فيها يجب إزالتها بمزيد من التهجين، لذلك قد يستغرق الأمر عقدًا من الزمن أو أكثر حتى يتمكن المربون التقليديون من تحسين الأصناف الحديثة بجينات من السلالات الأصلية القديمة.
سيكون لدى المربين الكثير من الحرية لتجربة السمات الجديدة، لأن الموارد الجينومية الموصوفة في ورقة Nature وكذلك البذور متاحة مجانًا للباحثين في جميع أنحاء العالم. يقول غريفيث: “نحن الأوصياء على هذه المواد”. “نحن لسنا أصحابها.”
