علوم القطيف مقالات علمية في شتى المجالات العلمية
RNA breakthrough creates crops that can grow 50% more potatoes, rice
(جامعة شيكاغو – University of Chicago)
أعلنت مجموعة من العلماء من جامعة شيكاغو وجامعة بكين وجامعة قويتشو أن معالجة الحمض النووي الريبي يمكن أن يسمح للنباتات بإنتاج المزيد من المحاصيل بشكل كبير ، فضلاً عن زيادة تحمل الجفاف.
في الاختبارات الأولية ، أدت إضافة ترميز جيني لبروتين يسمى (FTO) إلى نباتات الأرز والبطاطس إلى زيادة محصولهما بنسبة 50٪ في الاختبارات الميدانية. نمت النباتات بشكل كبير ، وأنتجت أنظمة جذر أطول وكانت أكثر قدرة على تحمل إجهاد الجفاف. أظهر التحليل أيضًا أن النباتات زادت من معدل التمثيل الضوئي.
قال البروفيسور تشوان هي من جامعة شيكاغو ، الذي قاد البحث مع البروفيسور جيفانج جيا في جامعة بكين: “التغيير مثير حقًا”. “علاوة على ذلك ، فقد نجحت مع كل نوع من النباتات التي جربناها بها حتى الآن ، وهو تعديل بسيط للغاية”.
يأمل الباحثون في إمكانات هذا الاختراق ، خاصة في مواجهة تغير المناخ والضغوط الأخرى على أنظمة المحاصيل في جميع أنحاء العالم.
قال هي ، وهو أستاذ الكيمياء والكيمياء الحيوية والبيولوجيا الجزيئية: “هذا يوفر حقًا إمكانية هندسة النباتات لتحسين النظام البيئي مع استمرار الاحتباس الحراري”. “إننا نعتمد على النباتات في كثير من الأشياء – كل شيء بدءًا من الخشب والطعام والأدوية وحتى الزهور والزيت – ومن المحتمل أن يوفر هذا طريقة لزيادة مخزون المواد التي يمكننا الحصول عليها من معظم النباتات”.
زيادة محاصيل الرز
على مدى عقود ، عمل العلماء على زيادة إنتاج المحاصيل في مواجهة مناخ غير مستقر بشكل متزايد وتزايد عدد سكان العالم. لكن مثل هذه العمليات عادة ما تكون معقدة ، وغالبًا ما تؤدي إلى تغييرات تدريجية فقط.
كانت الطريقة التي جاء بها هذا الاكتشاف مختلفة تمامًا.
يتذكر الكثير منا الحمض النووي الريبي من علم الأحياء في المدرسة الثانوية ، حيث تعلمنا أن جزيء الحمض النووي الريبي يقرأ الحمض النووي ، ثم يصنع البروتينات للقيام بالمهام. لكن في عام 2011 ، فتح مختبر (He) حقلاً جديدًا بالكامل من الأبحاث من خلال اكتشاف مفاتيح طريقة مختلفة للتعبير عن الجينات في الثدييات. اتضح أن الحمض النووي الريبي (RNA) لا يقرأ مخطط الحمض النووي ببساطة وينفذها بشكل أعمى ؛ يمكن للخلية نفسها أيضًا تنظيم أجزاء المخطط التي يتم التعبير عنها. يقوم بذلك عن طريق وضع علامات كيميائية على الحمض النووي الريبي لتعديل البروتينات التي يتم تصنيعها وعددها.
أدرك هو وزملاؤه على الفور أن لهذا آثارًا كبيرة على علم الأحياء. منذ ذلك الحين ، كان فريقه والآخرون حول العالم يحاولون تجسيد فهمنا للعملية وما تؤثر عليه في الحيوانات والنباتات والأمراض البشرية المختلفة ؛ على سبيل المثال ، هو أحد مؤسسي شركة تكنولوجيا حيوية يقوم الآن بتطوير أدوية جديدة مضادة للسرطان على أساس استهداف بروتينات تعديل الحمض النووي الريبي.
بدأ هو وجيفانج جيا ، الباحث السابق لما بعد الدكتوراه في جامعة كاليفورنيا والذي يعمل الآن أستاذًا مشاركًا في جامعة بكين ، في التساؤل عن كيفية تأثير ذلك على بيولوجيا النبات.
ركزوا على بروتين يسمى (FTO) ، وهو أول بروتين معروف يمحو العلامات الكيميائية على الحمض النووي الريبي ، والذي وجده جيا كباحث ما بعد الدكتوراه في مجموعة (He) في جامعة شيكاغو. عرف العلماء أنه يعمل على الحمض النووي الريبي للتأثير على نمو الخلايا في البشر والحيوانات الأخرى ، لذلك حاولوا إدخال الجين الخاص بها في نباتات الأرز ، ثم راقبوا بدهشة عندما تقلع النباتات.
قال: “أعتقد أنه كان ذلك صحيحًا عندما أدركنا جميعًا أننا نفعل شيئًا مميزًا”.
في ظروف المختبر نمت نباتات الأرز ثلاثة أضعاف المعتاد. وعندما جربوا ذلك في اختبارات ميدانية حقيقية ، نمت النباتات بنسبة 50٪ أكثر وأنتجت أرزًا أكثر بنسبة 50٪. لقد نمت جذورها أطول ، وتم تصنيعها ضوئيًا بشكل أكثر كفاءة ، ويمكنها تحمل الإجهاد الناتج عن الجفاف بشكل أفضل.
كرر العلماء التجارب على نباتات البطاطس ، التي هي جزء من عائلة مختلفة تمامًا. كانت النتائج هي نفسها.
وقال: “هذا يشير إلى درجة من العالمية كانت مثيرة للغاية”.
استغرق العلماء وقتًا أطول لبدء فهم كيفية حدوث ذلك. أظهرت تجارب أخرى أن (FTO) بدأ العمل في وقت مبكر من تطوير المصنع ، مما أدى إلى زيادة الكمية الإجمالية للكتلة الحيوية التي ينتجها.
يعتقد العلماء أن (FTO) يتحكم في عملية تعرف باسم (m6A) ، وهي تعديل رئيسي للحمض النووي الريبي. في هذا السيناريو ، يعمل (FTO) عن طريق محو (m6A RNA) لإخماد بعض الإشارات التي تخبر النباتات بإبطاء النمو وتقليله. تخيل طريقًا به الكثير من إشارات المرور ؛ إذا قام العلماء بتغطية الأضواء الحمراء وتركوا اللون الأخضر ، فسيكون بإمكان المزيد والمزيد من السيارات التحرك على طول الطريق.
بشكل عام ، أنتجت النباتات المعدلة (RNA) أكثر بكثير من محطات التحكم.
تعديل العملية
تتضمن العملية الموضحة في هذه الورقة استخدام جين (FTO) الحيواني في النبات. ولكن بمجرد أن يفهم العلماء آلية النمو هذه تمامًا ، فإنه يعتقد أنه يمكن أن تكون هناك طرق بديلة للحصول على نفس التأثير.
وقال: “يبدو أن النباتات لديها بالفعل هذه الطبقة من التنظيم ، وكل ما فعلناه هو الاستفادة منها”. “لذا فإن الخطوة التالية ستكون اكتشاف كيفية القيام بذلك باستخدام الجينات الموجودة في النبات”.
الأستاذ هي يمكنه تخيل جميع أنواع الاستخدامات في المستقبل – وهو يعمل مع الجامعة ومركز (Polsky) لريادة الأعمال والابتكار لاستكشاف الاحتمالات.
وقال هي “حتى فيما وراء الغذاء ، هناك عواقب أخرى لتغير المناخ”. “ربما يمكننا هندسة الحشائش في المناطق المهددة التي يمكنها تحمل الجفاف. ربما يمكننا تعليم شجرة في الغرب الأوسط أن تنمو جذورًا أطول ، بحيث تقل احتمالية سقوطها أثناء العواصف القوية. هناك العديد من التطبيقات المحتملة”.
نُشرت الدراسة في مجلة (Nature Biotechnology).
مزيد من المعلومات: إزالة ميثيل الحمض النووي الريبي يزيد من المحصول والكتلة الحيوية لنباتات الأرز والبطاطس في التجارب الميدانية ، Nature Biotechnology ، DOI: 10.1038 / s41587-021-00982-9 ، www.nature.com/articles/s41587-021-00982-9.
المصدر:
https://phys.org/news/2021-07-rna-breakthrough-crops-potatoes-rice.html
