فريق مصري – سعودي يبتكر تقنية سريعة لتحديد جنس النباتات

للمرة الأولي: تحديد جنس أربعة نباتات ثنائية المسكن في مراحل النمو المبكرة عن طريق استخدام منهجية جديدة تعتمد على فك تسلسل جين مماثل لجين بشري

  منهجية فك الجين

تمكن مؤخرا فريق (مصري-سعودي) من تحديد جنس أربعة نباتات ثنائية المسكن في مراحل النمو المبكرة عن طريق استخدام منهجية جديدة تعتمد على فك تسلسل جين مماثل لجين بشري، وهي تقنية سريعة لتحديد جنس النباتات في مراحل النمو المبكرة.

الكشف عن جنس النبات

ووفقا للباحث المصري الدكتور محي الدين سليمان محمد، الأستاذ المشارك بقسم التقنية الحيوية، بكلية الزراعة والأغذية، جامعة الملك فيصل بالمملكة العربية السعودية، والباحث الرئيس للدراسة فإن هذه الدراسة هي الأولي التي يتم فيها تحديد جنس أربعة نباتات ثنائية المسكن (الجوجوبا ونخيل التمر والبابايا والفستق) عن طريق استخدام منهجية جديدة تعتمد على فك تسلسل جين مماثل لجين “إس آر آي” (SRY) البشري، وتم استخدامه بنجاح في الكشف عن جنس النباتات في المحاصيل ثنائية المسكن.

الاختيار الواضح لجنس نباتات الجوجوبا ونخيل التمر في سن مبكرة

ويعتمد هذا النهج الجديد للكشف عن جنس النبات في مراحل نموه المبكرة بسيط وذو أهمية كبيرة لمربي النبات، ويسهل الاختيار الواضح لجنس نباتات الجوجوبا ونخيل التمر في سن مبكرة، ويقلل من تكلفة زراعة النباتات المذكرة غير المنتجة.

شارك في البحث مجموعة من الباحثين بقسم التقنية الحيوية بكلية الزراعة والأغذية، وكلية الطب، وقسم الأحياء، بكلية العلوم بجامعة الملك فيصل وقسم علوم المختبرات الإكلينيكية، المملكة العربية السعودية بكلية العلوم الطبية التطبيقية، جامعة الملك سعود بالمملكة العربية السعودية، وقسم النبات والميكروبيولوجي بكلية العلوم جامعة القاهرة.

العثور على الجين المرتبط بالجنس في جميع عينات النباتات والعينات البشرية

ونجح الدكتور محي الدين سليمان محمد وفريقه المصري- السعودي في العثور على الجين المرتبط بالجنس في جميع عينات النباتات والعينات البشرية المختبرة. وتستهدف هذه التقنية تحديدًا الكشف عن تسلسل جين “إس آر آي” (SRY)، والذي تم فحصه بشكل شامل في البشر. ويجري الباحثون حاليا أبحاثا لتطوير مجموعة أدوات لتحديد جنس المحاصيل المختلفة على أساس الكشف عن تسلسل هذا الجين.

وتعتبر الدراسة الجديدة التي ستنشر في عدد الشهر القادم من المجلة السعودية لعلوم الأحياء هي التقرير الأول المتعلق بالمنهجية الجديدة لتحديد جنس أربعة نباتات ثنائية المسكن (الجوجوبا ونخيل التمر والبابايا والفستق).

تفاعل البوليميراز المتسلسل

وأجريت الدراسة لتطوير إجراء بسيط قائم على تفاعل البوليميراز المتسلسل يمكن استنساخه وقابل للتطبيق للتحقق المبكر من الجنس في نباتات ثنائية المسكن، والتي تم تصميمها لأول مرة بناءً على فك تسلسل جين “إس آر آي” (SRY) البشري.

التحقق المبكر من جنس النباتات الذكرية ثنائية المسكن قبل الإزهار

وتم تحسين هذا البروتوكول للتحقق المبكر من جنس النباتات الذكرية ثنائية المسكن قبل الإزهار وخلال مراحل النمو المبكرة للغاية. ومن المتوقع أن يكون لهذا الاكتشاف آثار اقتصادية مفيدة ومفيدة للمربين، خاصة قبل تكاثر النباتات المزهرة ثنائية المسكن.

تحديد جنس النخيل

ولطالما كان يمثل ازدواج الشكل الجنسي للنباتات ثنائية المسكن تحديًا كبيرا لزراعة الأشجار والمحاصيل والإنتاج الزراعي بصفة عامة، حيث يعتبر تحديد الجنس في النباتات ثنائية المسكن أمرًا معقدًا للغاية خاصة في مراحل النمو المبكرة وقبل الإزهار.

وفي السابق، تم إجراء العديد من المحاولات لتحديد جنس النبات في مرحلة مبكرة. ومع ذلك، لم تكن معظم الجهود ناجحة وأدت إلى عدد لا يحصى من الإناث في مجال النباتات والإنتاج.

ولتحقيق إنتاج أفضل للنخيل، يجب أن تكون الإناث أكثر من الذكور. ومع ذلك، فمن المستحيل حاليًا تحديد جنس النبات في مراحل النمو المبكرة ولا يمكن تحديده إلا عند الإزهار (في عمر خمس سنوات تقريبًا). ولذلك يعتبر التعرف على الذكور والإناث في النباتات المنتجة للبذور والفاكهة أمرًا بالغ الأهمية من منظور المزارعين ومربي النباتات الذين يحتاجون لتحديد جنس نخيل التمر في مراحل النمو المبكرة لتحقيق نسبة الزراعة الصحيحة في الحقل.

الحمض النووي

ويقول الدكتور سليمان “حديد جنس النخيل يعتمد على العلامات الجزيئية والتي يمكن استخدامها للتعرف على التتابعات والجينات بحيث نستطيع بواسطة التقنية الحيوية والوراثة الجزيئية أن نستخدم دليل من الحمض النووي “دي إن إيه” (DNA) لمعرفة الإناث من الذكور في طور الإنبات المبكر باستخدام واحدة أو أكثر من تقنيات الهندسة الوراثية المتاحة مثل: تقنية الـ “بي سي آر” (PCR)، أو طريقة الانتخاب باستخدام الدلائل الجزيئية، أو انتخاب الجينات المرتبطة بالدلائل الجزيئية”.

تحت الميكروسكوب

وأضاف “بخلاف البشر الذين لديهم نظام كروموسومات “إكس واي” (XY) الشهير لتحديد الجنس، فإن كروموسومات الجنس في النخيل غير متجانسة كما أنها متشابهة جداً في الحجم والمظهر الخارجي تحت الميكروسكوب، وهذا ما يدفعنا لعمل مقارنة في التسلسل الجيني لتحديد موضع وجود الجينات. وهذا يختلف عن البشر، إذ أن كروموسومات “إكس واي” كروموسومات مختلفة جدا في الحجم، لدرجة يمكن التفريق بينها بسهولة”.

تحديد الجنس في النباتات

قبل هذه الدراسة لم يكن هناك طريقة علمية معروفة لتحديد جنس نخيل التمر قبل مضى 5-10 سنوات من انبات البذرة وقد أجريت بحوث عديدة حول العالم لفهم طبيعة تحديد جنس النخيل وغيره من النباتات وحيدة الجنس التي ينفصل فيها الذكر عن الأنثى والتي تمثل 5% تقريبا من أنواع النباتات المعروفة.

النباتات وحيدة الجنس

في النباتات وحيدة الجنس لا توجد فروق ظاهرية بين الكروموسومات، ويصعب تحديد الكرموسوم الأنثوي من المذكر ومكان الجينات التي تحدد الجنس عليه، ولهذا ذهب العلماء للبحث عن المعلمات الجزيئية التي تستطيع تحديد الذكر والأنثى بعد الإنبات بدقة بالغة.

التحديد المبكر لجنس النبات

حتى الآن لا يمكن تحديد الجنس في هذه النباتات مبكرا لأنه لا توجد كروموسومات خاصة يمكن تمييزها شكليا بفحص الخلايا مجهريا، ومن هنا أتت أهمية هذا الكشف الذي تطور لتحديد الجنس في العديد من النباتات، مما سيكون له أثر كبير في البحوث الزراعية وعمليات الإكثار وإنتاج النباتات عن طريق الزراعات النسيجية، وغيرها من الطرق التقليدية.

تحديد ذكر نخيل التمر

يتلخص الابتكار الجديد في اكتشاف الدكتور سليمان وفريقه من الباحثين للجين المسؤول عن تحديد ذكر نخيل التمر، والذي يحدد جنس السلالة، ويرمز له بالرمز “إس آر واي” (SRY)، وقد استطاعوا عزله وتوصيفه بدقة كبيرة.

إنتاج “كيتس” لتحديد جنس شجر نخيل التمر

وبعد دراسات جادة، وعمل دؤوب مستمر لأكثر من عشر سنوات، ونشر عدة بحوث توصل الدكتور سليمان وفريقه إلى إنتاج “كيتس” لتحديد جنس شجر نخيل التمر باستخدام تفاعل الـ “بي سي آر” (PCR) الشهير، والذي يستخدم مع مجموعة الكواشف وقوالب الحمض النووي “دي إن إيه” (DNA) من أجل تحديد جنس نخيل التمر بعد استخراج الحمض النووي للنبات.

تم تطوير “الكيت” الخاصة بتحديد الجنس في النخيل عن طريق شراكة بين جامعة الملك فيصل مع أحد الشركة الاوروبية وهي شركة “بيوكور” (Biocore) النمساوية-الالمانية واصبحت جاهزة للتسويق.

تسجيل البراءة في السعودية

ويقول الدكتور محي الدين سليمان محمد “تم تسجيل براءة اختراع بهذا الاكتشاف عن طريق التقدم لمكتب مكتب البراءات السعودي منذ بداية عام 2015، وسوف نقوم بتطوير هذه الكيت الخاصة بتحديد الجنس لتصبح صالح لتحديد الجنس لمجموعة كبيرة من النباتات ثنائية الجنس، وهذا التطوير سيكون سبق علمي في مجال تحديد الجنس في النباتات لأول مرة على مستوى العالم”.

وقام الدكتور سليمان أيضا بتسجيل الجين الخاص بتحديد الجنس في نبات الجوجوبا في بنك الجينات باسمه، وتم فصل نفس الجين من نباتات اخرى مثل الكيوي والفستق الحلبي، وسوف يتم تسجيل الجينات في بنك الجينات باسم الجامعة لمجموعة أخري متنوعة من النباتات ثنائية الجنس.

د. طارق قابيل