علماء صينيون يفكّون لغز "الزواج" بين الأرز الآسيوي والأرز الأفريقي، ويضعون حدًا لمعضلة حيّرت مجتمع التربية لعقود

أخبار ar.wedoany.com، لماذا تنتج السلالات الهجينة الناتجة عن تهجين الأرز الآسيوي المزروع مع الأرز الأفريقي المزروع حبوب لقاح عقيمة بأعداد كبيرة، وسنابل أرز فارغة وقليلة؟ هذه المعضلة التي حيّرت مجتمع التربية لعقود، كشفت عن سرّها دراسة مهمة نُشرت على الإنترنت في 28 من الشهر الجاري في الدورية العلمية الدولية "Science" — فقد اكتشف فريق بحثي بقيادة الأكاديمي في الأكاديمية الصينية للهندسة وان جيان مين، في النباتات الهجينة بين الأرز الآسيوي المزروع والأرز الأفريقي المزروع، نظامًا دقيقًا للتعارض الوراثي يتكوّن من ثلاثة جينات، تتسبب في عقم حبوب اللقاح لدى الأرز. ويكشف هذا لأول مرة الآلية الجزيئية للعزل الإنجابي بين هذين النوعين من الأرز، مما يوفر أساسًا نظريًا مهمًا وموارد وراثية لاستنباط أصناف هجينة جديدة فائقة الإنتاجية بين الأرز الآسيوي والأفريقي.

في "عائلة" الأرز، لم يُستأنس ويُزرع من قبل البشر سوى الأرز الآسيوي المزروع والأرز الأفريقي المزروع. ويأمل العلماء في "تزويج" هذين النوعين من الأرز لإنتاج أصناف جديدة عالية الإنتاجية وقادرة على تحمل الظروف القاسية. غير أن السلالات الهجينة الناتجة عن تهجين الأرز الآسيوي المزروع والأرز الأفريقي المزروع تعاني من انخفاض شديد في حيوية حبوب اللقاح، وانخفاض كبير في معدل الإخصاب، مما يعيق تبادل وإعادة تركيب الجينات الممتازة والاستفادة من قوة الهجين بين الأنواع.

ما الذي يؤدي بالضبط إلى نتيجة "1+1<2"؟ بعد 18 عامًا من البحث المتواصل، تمكن الفريق من فكّ الآلية الجزيئية للموقع الجيني RHS3 على الكروموسوم رقم 3 في النباتات الهجينة بين الأرز الآسيوي المزروع والأرز الأفريقي المزروع.

النمط الظاهري للنباتات والسنابل وحبوب اللقاح للأرز الآسيوي المزروع والأرز الأفريقي المزروع والهجين F₁ بينهما. الصورة مقدمة من الفريق البحثي

أوضح خه شياو دونغ، المؤلف الأول المشارك للورقة البحثية وطالب الدكتوراه في جامعة نانجينغ الزراعية، أن الموقع الجيني RHS3 يتكوّن من الجينات ORF10 وORF16 وORF4، والتي تشكّل معًا نظام تعارض وراثي. فمن بينها، يعمل البروتين الذي يشفّره ORF10 بمثابة "رمح" يدمر الميتوكوندريا التي تمد الأرز بالطاقة، مما يقتل حبوب اللقاح؛ بينما يعمل البروتين الذي يشفّره ORF16 بمثابة "درع" يتفاعل مع "الرمح" ويبطل قوته القاتلة، محافظًا على التطور الطبيعي للكيس الجنيني وحبوب اللقاح؛ أما البروتين الذي يشفّره ORF4 فيعمل بمثابة "درع واقٍ"، حيث يعمل كمستقبل انتقائي خاص بالبلعمة الذاتية في النباتات، ويتفاعل مع "الدرع" ليشكّل مركبًا ثلاثيًا "رمح-درع-درع واقٍ"، ينقل "الرمح" إلى "مركز إعادة التدوير" في الخلية — وهو الجسيم البلعمي الذاتي — ليتم تحليله، وبالتالي يحمي الكيس الجنيني بشكل خاص.

والجدير بالملاحظة أن الأرز الأفريقي المزروع يمتلك المجموعة الكاملة "رمح-درع-درع واقٍ"، بينما يمتلك الأرز الآسيوي المزروع "درعًا واقيًا" فقط. وهذا يؤدي إلى إنتاج نوعين من حبوب اللقاح في سلالاتهما الهجينة: نوع يرث المجموعة الكاملة "رمح-درع-درع واقٍ" فيبقى سليمًا؛ ونوع آخر يرث "الدرع الواقي" فقط دون "الدرع"، فيتعرض لهجوم "الرمح" ويصاب بالعقم، مما يؤدي في النهاية إلى عقم نصف حبوب اللقاح في الهجين.

"يكشف هذا الاكتشاف لأول مرة الآلية الجزيئية لمشاركة البلعمة الذاتية الانتقائية في العزل الإنجابي بين الأنواع النباتية، حيث يعمل ORF4 كمستقبل انتقائي خاص بالبلعمة الذاتية في النباتات، ويمكنه تحفيز تحلل ORF10 عبر البلعمة الذاتية بشكل مباشر، وبالتالي تنظيم العزل الإنجابي بين الأنواع." صرّح بذلك وانغ تشاو لونغ، المؤلف المشارك للمراسلة في الورقة البحثية وأستاذ في جامعة نانجينغ الزراعية.

والأهم من ذلك، أن الفريق البحثي تمكّن من تحديد مورد وراثي ذي توافق واسع حيث يكون "الدرع" وظيفيًا بينما يفقد "الرمح" نشاطه. هذا النوع من الموارد الوراثية، عند تهجينه مع الأرز الآسيوي المزروع والأرز الأفريقي المزروع على حد سواء، يمكنه التغلب بفعالية على مشكلة انخفاض الخصوبة الناتجة عن الموقع الجيني RHS3. وهذا يعني أن العلماء عثروا على "مفتاح" لكسر العزل الإنجابي، مما يوفر مسارًا تقنيًا وموارد وراثية للاستفادة من قوة الهجين البعيد بين الأرز الآسيوي والأفريقي.

وأشار وان جيان مين إلى أن الفريق سيواصل في الخطوة التالية البحث المتعمق حول مواقع متعددة لعقم الهجين في الأرز، سعيًا لاستنباط أصناف جديدة فائقة الإنتاجية من الأرز الهجين البعيد القادرة على الدخول في مرحلة الإنتاج في أقرب وقت ممكن.