يستغل العلماء الطفرة الجينية لتسريع عملية تكاثر النباتات

ربما يكون باحثو جامعة ولاية أيوا قد حلوا تحديًا طويل الأمد مرتبطًا بالتنمية المتسارعة للخطوط الجينية النقية.

أصبح استخدام علم الوراثة "أحادي الصيغة الصبغية" (DH) أحد التقنيات الأساسية التي تقوم عليها تربية الذرة الحديثة. ومع ذلك ، فإن تقنية DH لها تحديات ومزايا. أولاً ، يتطلب إنشاء نباتات "أحادية الصيغة الصبغية" تحمل جينوم أم واحد فقط. ثم يتم مضاعفة الجينوم الفردي للنبات أحادي الصيغة الصبغية من خلال a عملية كيميائية التي تسرع تطوير سلالات نقية وراثيا.

واحدة من الاختناقات الرئيسية لتكنولوجيا DH هي أن أزهار الذكور الفردية عادة ما تكون عقيمة. تتطلب هذه المشكلة تعريض الشتلات لمادة الكولشيسين الكيميائية السامة التي تحفز مضاعفة الجينوم وتعيد الخصوبة للزهور الذكرية. هذه العملية كثيفة العمالة والتكلفة.

تم نشر الأبحاث مؤخرًا في النباتات الطبيعة يشارك الأخبار عن طفرة اكتشف العلماء أنها تعيد خصوبة الذكور في الأحاديات دون استخدام الكولشيسين. أجرى العمل صديقي أي أبو بوكر ، عالم أبحاث في الهندسة الزراعية ، مع توماس لوبيرستيدت ، كرسي فراي في الهندسة الزراعية ومدير مركز ريموند ف. بيكر لتربية النباتات ، وطالب الدراسات العليا السابق في الهندسة الزراعية ليمينغ زو.

لقد أظهروا أن استغلال الطفرات التي تعدل وضع آلية المغزل أثناء مرحلة تكاثر النبات المعروفة باسم الانقسام الاختزالي يمكن أن يعيد خصوبة الذكور للنباتات أحادية الصيغة الصبغية.

تساعد آلية المغزل في الحفاظ على انقسام الخلية في المسار الصحيح. أثناء الانقسام الاختزالي الطبيعي ، في النباتات "ثنائية الصبغيات" العادية التي تحتوي على مجموعتين من الكروموسومات ، يتم ترتيب المغازل في أزواج متعامدة تصطف بسهولة. في النباتات أحادية الصيغة الصبغية ، يتم توزيع الكروموسومات بشكل غير متساو أثناء انقسام الخلايا ، مما يؤدي إلى ارتفاع معدلات العقم خلال مراحل التكاثر التالية.

لمعالجة هذه المشكلة ، كان لدى أبو بوكر مصدر إلهام اتفق الفريق على أنه يستحق التحقيق. افترضوا أن مجموعة من التشوهات النباتية الجينية المعروفة باسم طفرات المغزل المتوازية أو "طفرات ps" التي تغير المغازل إلى وضع موازٍ بدلاً من وضع عمودي أثناء الانقسام الاختزالي يمكن أن تحسن خصوبة الذكور في الفردانيات. لقد اختبروا الفكرة على نبات Arabidopsis thaliana ، وهو نبات بحثي نموذجي غالبًا ما يستخدم كمقدمة للعمل في الذرة والعديد من أنواع المحاصيل الأخرى.

لقد نجحت - نمت النباتات الطافرة أحادية العدد ، وكان معظمها خصبًا. تدعم النتائج فكرتهم القائلة بأن الترتيب غير المتكافئ لألياف المغزل خلال مرحلة حرجة من الانقسام الاختزالي في الذكور أحادية الصيغة الصبغية يمكن التغلب عليه من خلال استغلال ميل الطفرات لإحداث حالة أفقية أكثر. مغزل انعقاد.

قال لوببيرستيد: "إن استخدام هذه الطفرة للتغلب على مشكلة خصوبة الذكور في النباتات أحادية الصيغة الصبغية له وعد كبير بالتغلب على البروتوكولات كثيفة الموارد الموجودة حاليًا لطرق مضاعفة الجينوم الاصطناعي (الكيميائي) للحصول على خطوط DH".

ويعطي معظم الفضل لأبو بوكر ، الذي قاد المشروع لإيجاد حل لهذا اللغز الطويل الأمد للعقم الفرداني عند الذكور.

قال أبو بوكر: "لقد بدأت أدرك أن هذه مشكلة كبيرة". "كانت ردود الزملاء من جميع أنحاء العالم منذ نشر مقالتنا الشهر الماضي غامضة بعض الشيء."

يعتقد Lübberstedt و Aboobucker أن الطفرات المفيدة التي تم تحديدها يمكن تطبيقها - مع بعض التعديلات - على الذرة والمحاصيل الأخرى. استكشاف هذه الإمكانات هو أحد المشاريع القادمة في الأفق.