أخبار ar.wedoany.com، تمكن فريق بحثي بقيادة الدكتور هوانغ شينغ والأستاذ ما جيان فنغ من معهد علوم النبات والموارد بجامعة أوكاياما اليابانية، بالتعاون مع فريق الأستاذ لي جيا يانغ من معهد علم الوراثة وعلم الأحياء التنموي التابع للأكاديمية الصينية للعلوم، من اكتشاف طفرة نقطية مفيدة في جين ناقل المعادن OsNramp5 في الأرز باستخدام تقنية التحرير الأساسي الدقيق، مما أدى إلى إنتاج سلالات أرز تنخفض فيها نسبة الكادميوم بنسبة 48% دون التأثير على امتصاص العناصر الغذائية الأساسية أو الإنتاجية.
يشكل التلوث بالكادميوم تهديداً خطيراً لسلامة الغذاء العالمية. فالكادميوم، بصفته معدناً ثقيلاً ساماً ومسرطناً، يمكن أن يتراكم في التربة الزراعية نتيجة التصنيع والتوسع الحضري، لينتقل بعد ذلك إلى السلسلة الغذائية البشرية. يتأثر الأرز بشكل خاص بهذا التلوث، إذ يمتص كميات من الكادميوم أكبر من محاصيل الحبوب الرئيسية الأخرى، مما يجعله المصدر الرئيسي للتعرض الغذائي للكادميوم لنحو نصف سكان العالم. ورغم سعي الباحثين منذ فترة طويلة لتطوير أصناف أرز منخفضة الكادميوم، إلا أن الأساليب الحالية غالباً ما تقلل من امتصاص العناصر الغذائية الأساسية أو تؤثر على نمو المحصول وإنتاجيته، مما يحد من جدواها العملية.
أجرى الفريق البحثي تحفيزاً طفراتياً شاملاً لجين OsNramp5، مستخدماً محررات القواعد الأدينينية والسيتوزينية لإنتاج أكثر من 1600 سلالة أرز محررة جينياً. ومن خلال فحص مئات السلالات، تم تحديد الطفرات التي تقلل تراكم الكادميوم مع الحفاظ على امتصاص المنغنيز الطبيعي وأداء النبات. ووجدت الدراسة أن استبدال الحمض الأميني رقم 441 من آيزوليوسين إلى ثريونين (OsNramp5I441T) أسفر عن أكثر النتائج الواعدة. نُشرت هذه النتائج في 18 يونيو 2026 في مجلة وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم (PNAS) المجلد 123.
بعد تحديد الطفرة الأكثر واعدة، أجرى الباحثون تحليلات فيزيولوجية مفصلة، ودراسات للتعبير الجيني، وتجارب لتحديد موقع البروتين، واختبارات نقل في الخميرة، بالإضافة إلى تجارب حقلية على تربة ملوثة بالكادميوم. أظهرت النتائج أن طفرة OsNramp5I441T تقلل من تراكم الكادميوم في السيقان والأوراق والحبوب دون تغيير في التعبير الجيني أو وفرة البروتين أو التوطين الخلوي أو الإنتاجية. في التجارب الحقلية، انخفض تركيز الكادميوم في الأرز المقشور بنسبة 48%، من 0.14 ملغم/كغم في النباتات البرية إلى 0.07 ملغم/كغم في النباتات المحررة، بينما بقيت تركيزات العناصر الغذائية الدقيقة الأساسية مثل الحديد والمنغنيز والزنك دون تغيير.
كشفت الدراسات الإضافية عن آلية عمل هذا التغيير في الحمض الأميني الواحد. من المعروف أن OsNramp5 ينقل المنغنيز والكادميوم، لكن الباحثين اكتشفوا أنه ينقل الزنك أيضاً. تزيد طفرة I441T من تفضيل الناقل للزنك، مما يؤدي إلى تراكم المزيد من الزنك في خلايا الجذر. يتنافس هذا الزنك المرتفع مع الكادميوم أثناء النقل من الجذر إلى الأجزاء الهوائية، مما يقلل من حركة الكادميوم إلى الأجزاء الهوائية وفي النهاية إلى الحبوب. لا تمنع هذه الطفرة امتصاص الكادميوم بشكل كامل، بل تحد بشكل انتقائي من نقله، مما يحل التحدي الطويل الأمد المتمثل في تقليل الكادميوم في الحبوب دون الإخلال بإمدادات النبات من المعادن الأساسية.
توفر هذه الدراسة حلاً عملياً لتحسين سلامة الغذاء من خلال التربية الدقيقة. فالاستراتيجيات الحالية لخفض الكادميوم في الأرز، بما في ذلك تحسين التربة أو إدارة المياه أو الإزالة الكاملة لجين OsNramp5، قد تكون مكلفة أو تستغرق وقتاً طويلاً أو تؤثر على نمو النبات بسبب نقل OsNramp5 للمنغنيز، وهو عنصر غذائي أساسي. من خلال تعديل حمض أميني واحد فقط بدلاً من إلغاء الجين بأكمله، تمكن الباحثون من خفض مستويات الكادميوم بشكل كبير مع الحفاظ على النمو الطبيعي للنبات والإنتاجية وتراكم العناصر الغذائية الدقيقة الأساسية. أوضح الأستاذ ما جيان فنغ أن فريقه يدرس تراكم الكادميوم في الأرز منذ أكثر من 20 عاماً، وحدد العديد من الجينات الرئيسية. ونظراً لأن OsNramp5 ينقل أيضاً معادن أساسية، كان هدف الفريق هو تغيير انتقائيته المعدنية بدلاً من إلغاء وظيفته، مما أدى إلى الحصول على هذه الطفرة النقطية.
يرى الباحثون أن الأليل الجديد المكتشف OsNramp5I441T يمكن أن يسرع من تطوير أصناف أرز منخفضة الكادميوم مناسبة للزراعة في التربة الملوثة بشكل طفيف، مع الحفاظ على الإنتاجية والجودة الغذائية. وخلص الأستاذ ما جيان فنغ إلى القول: "توفر هذه الطفرة استراتيجية فعالة لتقليل تراكم الكادميوم في حبوب الأرز دون التضحية بالإنتاجية أو التغذية المعدنية الأساسية، مما يمثل مساراً واعداً لإنتاج أرز أكثر أماناً للمستهلكين."
