اكتشف الباحثون طريقة لتحسين عملية التجذير بشكل كبير في عملية الاستنساخ الجيني الطبيعي للنباتات
يمكن لأي شخص يقطف النباتات كهواية أن يشعر بفرحة رؤية جذر جديد يظهر. عندما يتعلق الأمر بتجذير الفسائل في مجال الزراعة الحديثة، فهي عملية تعتبر عاملا حاسما حيث أن جزءا كبيرا من أشجار الفاكهة، وكذلك أشجار الغابات ونباتات الزينة، تعتمد حاليا على تجذير الفسائل. قصاصات. في بحث دولي واسع النطاق ومتعدد المراحل استمر ثماني سنوات، بقيادة باحثين من كلية علوم النبات والأمن الغذائي في جامعة تل أبيب والمعهد البركاني، تم تطوير مواد جديدة تزيد بشكل كبير من نسبة تجذير القطع المأخوذة من الأشجار . ووفقا للباحثين، فإن تحسين عملية التجذير يمكن أن يساهم في الزراعة العالمية في مجموعة متنوعة من الجوانب: تطوير أصناف جديدة عالية الجودة، وخفض الأسعار للمزارع والمستهلك، وزيادة اقتصاديات العديد من المحاصيل، وتكييف المحاصيل مع الظروف المناخية المتغيرة.
تسريع الطبيعة
أدار البحث الدكتور روي وينشتاين والطالبة عاهد روث من كلية علوم النبات والأمن الغذائي في كلية جورج س. وايز لعلوم الحياة، ود. عينات سدوت من معهد علوم النبات في معهد فولكاني. كما شارك في الدراسة: د. إينا فينز من كلية علوم النبات في جامعة تل أبيب، بروفيسور نير بن طال ود. أميت كيسيل. من قسم الكيمياء الحيوية والبيولوجيا الجزيئية في جامعة تل أبيب، سيلا يحزقيل، أوري سيرو، آفي إلياهو، بن تسالا، د. فيكاس دافيدي، د. ميرا كرملي-وايسبرغ، فيليكس شايع، ود. عدي فيجنباوم-دورون من المعهد البركاني، والبروفيسور يوسف ريف من المعهد البركاني. تم إجراء البحث بالتعاون مع باحثين من الولايات المتحدة الأمريكية وألمانيا والدنمارك وإنجلترا. ونشرت نتائجه في مجلة Nature Biotechnology المرموقة.
"طريقة القطع تعني التكاثر اللاجنسي للنباتات، وليس باستخدام البذور"، يوضح الدكتور شادوت. وتتعرض أجزاء من هذا الفرع، تسمى الفسائل، لظروف تجعلها تنمو جذورها وتصبح نباتات مستقلة. الأفراد الجدد الذين تم إنشاؤهم بهذه الطريقة هم في الواقع مستنسخون، ولهم نفس علم الوراثة مثل النبات الأم. تختلف نسب التجذير بين الأنواع المختلفة من نفس العائلة، وبين الأنواع المختلفة من نفس النوع، وحتى بين الأصناف المختلفة من نفس النوع، وهناك نباتات زراعية مهمة يصعب تجذيرها بشكل خاص. ولكي يكون النمو اقتصادياً، لا بد من نسب تجذير لا تقل عن 60-50%، وهذا الرقم يشكل اعتباراً مهماً في اختيار المزارع".
لتحسين نسب التجذير، من المعتاد تعريض العقل لهرمون النبات أوكسين - وهو إجراء تم اكتشافه منذ حوالي 70 عامًا ولم يتغير كثيرًا منذ ذلك الحين. يقول الدكتور وينشتاين: "إن فعالية المعالجة الحالية بالأوكسين تختلف من محصول إلى آخر". "هناك أنواع كثيرة من النباتات تستجيب له بنسبة قليلة فقط وتبقى نسب تجذيرها منخفضة. "في بحثنا، سعينا إلى زيادة تأثير الأوكسين على القصاصات"، تشرح. وقد قادت العديد من الأدلة في الأدبيات البحثية وملاحظات المتخصصين في هذا المجال فريق البحث إلى سؤال البحث: هل سيتم إطلاق بطيء للأوكسين؟ هل يزيد الأوكسين الموجود في النبات من نجاح تجذير العقل؟
وصلت خلال يومين وبقيت لمدة أسبوع ونصف وهي مادة تعمل على تحسين التجذير
في الخطوة الأولى، أنشأ الباحثون "مكتبة" من المواد المعتمدة على اتحادات الأوكسين الاصطناعي: وهي جزيئات يرتبط فيها الأوكسين الاصطناعي بمجموعة كيميائية أخرى تعمل على تحييد نشاطه. تم اختبار تأثير المواد على قصاصات شجرة الأوكالبتوس جرانديس، والتي مع المعالجة بالأوكسين القياسية تصل إلى نسب تجذير منخفضة تبلغ 15-10% فقط.
"لقد حدد الفحص الأولي عدداً من المواد التي لها تأثير إيجابي على عملية التجذير، وركزت الأبحاث الإضافية على المادة الأكثر فعالية"، يوضح طالب البحث عاهد روث. "لقد اكتشفنا أن هذه المادة تتيح مزيجًا من النفاذية العالية للنبات مع إطلاق طويل الأمد للمادة الفعالة، الأوكسين الاصطناعي، بحيث يبقى الأوكسين في النبات لفترة أطول بكثير - تصل إلى أسبوع ونصف بدلاً من يومين". في العلاج المعتاد." في الواقع، أدت المعالجة المطورة إلى زيادة نسبة تجذير عقل الأوكالبتوس الكبير إلى 60% - ما يصل إلى 6 أضعاف الطريقة القياسية.
وفي وقت لاحق، ومن أجل فهم طريقة نشاط المادة الجديدة بعمق، استخدم الباحثون نبات الأرابيدوبسيس، وهو النبات النموذجي الأكثر شيوعًا في العالم. واكتشفوا أن الأوكسين الاصطناعي الموجود في قاعدة المادة الجديدة أكثر استقرارًا (أي يتحلل بشكل أبطأ) في الخلايا النباتية مقارنة بالأوكسين الموجود في قاعدة المادة القياسية. بالإضافة إلى ذلك، حدد الباحثون عائلة من الإنزيمات الموجودة في النبات المسؤولة عن إطلاق الأوكسين الاصطناعي، وتنظيم معدل إطلاقه. ومن خلال نمذجة البنية والخصائص البيوكيميائية لهذه الإنزيمات، تم تحديد الخصائص المهمة لنشاطها.
السر القديم لشجرة الزيت المغربية
وفي الخطوة التالية، أراد الباحثون التحقق مما إذا كانت نفس الإنزيمات موجودة أيضًا في نباتات أخرى، على افتراض أن وجودها سيسمح باستخدام المادة الجديدة في محاصيل أخرى أيضًا. واكتشفوا أن هذه الإنزيمات، أو ما يعادلها، قديمة جدًا وتم الحفاظ عليها طوال التطور في كل شجرة تم اختبارها. وفي ضوء النتائج المشجعة، بدأوا في اختبار فعالية المواد التي طوروها في مجموعة متنوعة من المحاصيل الزراعية.
ومن أهم المحاصيل التي تناولتها الدراسة شجرة الأرغان - شجرة الزيت المغربية، التي تعتبر نباتا ذو طلب عالمي يتزايد لأنه يتم دمجه في مجموعة كبيرة ومتنوعة من المنتجات الغذائية والصحية والرعاية. "وحتى اليوم، فإن المصدر شبه الحصري لهذا الزيت هو ثمار أشجار الأركان التي تنمو بشكل متوطن بالمغرب، وتتكاثر عن طريق التكاثر الجنسي، أي عن طريق البذور. وكل الجهود المبذولة لتحويل الأركان إلى محصول زراعي يمكن إكثاره عن طريق تجذير العقل". "، باءت بالفشل، بما في ذلك المحاولات التي قمنا بها في إسرائيل"، يوضح الباحثون.
وفي الدراسة الحالية، أخذ الباحثون قصاصات من عدة أشجار أرغان تنمو في إسرائيل، وعرّضوها للمادة التي طوروها، وبهذه الطريقة نجحوا في إنتاج عدد كبير من الشتلات. وبالتعاون مع كيبوتسات كيتورا، وبيت كاما، وهاتزر، وسمر، قاموا بزراعة مزارع الأركان على أساس فسائل فردية تم تجذيرها باستخدام مادة التجذير الجديدة، ويدرسون الآن إمكانية تحويلها إلى محصول زراعي في إسرائيل. كما تم الحصول على نتائج مشجعة في التجارب التي أجريت على قطع أشجار التفاح وأنواع الحور وأنواع أخرى من الأوكالبتوس. وقد تم تحقيق نسب تجذير عالية في جميعها بمقدار مرتين وأكثر مقارنة بالمعاملة القياسية بالأوكسين.
"خلال البحث، قمنا بتطوير مادة تعمل على تحسين نسب تجذير الفسائل الزراعية بشكل كبير. يمكن أن يكون التطوير مهمًا للغاية بالنسبة للزراعة العالمية في ثلاثة جوانب. أولاً، قد يؤدي تبسيط إجراءات التجذير إلى تقليل تكلفة الشتلات بشكل كبير للمزارع، و وفي نهاية المطاف أيضًا المنتجات الزراعية للمستهلكين. ثانيًا، بفضل الطريقة التي تسمح بتطوير وتسويق المزيد من الأصناف عالية الجودة، ولم تعد هناك حاجة إلى "التنازل" عن الأصناف ذات الجودة الأقل فقط. لأنها تتمتع بمعدلات تجذير عالية، وثالثًا، يمكن لهذه الطريقة تحسين وتسريع تطوير الأصناف التي تتكيف مع بيئتها المتغيرة. وفي مزيد من الدراسات، سوف نقوم بتعميق فهم آلية عمل المواد الجديدة والبحث عنها مواد إضافية، ربما أكثر فعالية، يمكن استخدامها لتثبيط إطلاق الأوكسين في النبات"، استنتج الباحثون بارتياح.
المزيد عن الموضوع على موقع العلوم:
