يتطلب الأرز المعدل وراثيا سمادًا أقل وينتج المزيد من الغذاء
يتطلب الأرز المعدل وراثيا سمادًا أقل وينتج المزيد من الغذاء
تكبير / شرفة أرز في فيتنام.
صور جيتي
سماد النيتروجين مصنوع من الغاز الطبيعي. يؤدي استخراج الغاز الطبيعي وحرقه إلى إلحاق الضرر بالحياة على كوكبنا ، لذا يجب علينا على الأرجح التوقف عن فعل ذلك (أو على الأقل محاولة تقليصه بشكل كبير). لكن المحاصيل الغذائية ، مثل جميع النباتات ، تحتاج إلى هذا النيتروجين. هذا محير تمامًا ، لا سيما أنه من المتوقع أن يزداد عدد السكان المعتمدين على هذه المحاصيل خلال العقود القليلة القادمة ، بينما من المتوقع أن تنخفض مساحة الأراضي الصالحة للزراعة.
استجابة لذلك ، طور المهندسون الوراثيون في الصين محاصيل يمكن أن تزدهر باستخدام كميات أقل من النيتروجين ، وأنشأوا مجموعة متنوعة من الأرز تنتج 40-70٪ أكثر من الأرز العادي. يحتوي على المزيد من الحبوب لكل فرع ، وكل جزء من حبيباته أكبر وأكثر كثافة ، وتزهر النباتات في وقت مبكر. يمكن أن تؤدي معظم طرق التربية المستخدمة حاليًا في محاصيل الحبوب إلى زيادة في الغلة بنسبة أقل من 1٪ ، لذا فهذه مشكلة كبيرة.
جين واحد يعدل عدة
بدأ العلماء بدراسة بروتينات تسمى عوامل النسخ ، والتي غالبًا ما تتحكم في التعبير عن مجموعة من الجينات التي غالبًا ما تشارك في جوانب مختلفة من نفس الوظيفة الفسيولوجية. في هذه الحالة ، كان التركيز على عوامل النسخ المعروفة بالفعل بأنها تنظم عملية التمثيل الضوئي.
للعثور على الهدف المثالي ، فحص الباحثون مجموعة من 118 عامل نسخ تم تحديدها مسبقًا لتنظيم التمثيل الضوئي في الأرز والذرة للعثور على تلك التي تم تنظيمها أيضًا استجابة للضوء والحرارة ، وانخفاض مستويات النيتروجين. عندما وجدوا واحدًا ، قاموا بتوليد خطوط أرز معدلة وراثيًا أنتجت الكثير. إن الإفراط في التعبير عن عامل نسخ مثل هذا بدلاً من الجينات الفردية التي يتحكم فيها يشبه المطالبة بالتحدث إلى المدير بدلاً من التقليب بين مختلف مندوبي خدمة العملاء في الأقسام المختلفة.
تم وضع شتلات الأرز الناتجة في حقول ذات ظروف بيئية مختلفة: الحقول المعتدلة بالقرب من بكين ، والحقول الاستوائية في مقاطعة هاينان ، والحقول شبه الاستوائية في مقاطعة تشجيانغ.
على مدى ثلاث سنوات ، أظهرت جميع نباتات الأرز قدرة محسّنة على التمثيل الضوئي وكفاءة محسّنة في استخدام النيتروجين. كان لديهم المزيد من الكلوروفيل والبلاستيدات الخضراء أكبر وأكبر من الأرز البري. لديهم أيضًا امتصاص نيتروجين أكثر كفاءة في جذورهم من الأرز من النوع البري ، وكان لديهم نقل أكثر كفاءة لهذا النيتروجين من جذورهم إلى براعمهم من الأرز البري. أدى هذا إلى زيادة محصول الحبوب ، حتى عندما كانت النباتات تزرع بكمية أقل من الأسمدة النيتروجينية.
تم إجراء تجارب أخرى على نباتات معدلة وراثيًا تمت زراعتها في الماء وفي حقول الأرز ، وقد نجحت أيضًا. الإفراط في التعبير عن نفس عامل النسخ في سلالة أكثر تعقيدًا من الأرز (الجابونيكا ، على عكس البليبيان Oryza sativa الذي تم استخدامه في معظم التجارب الأخرى) وكذلك في القمح وأرابيدوبسيس (الكائن النموذجي الأكثر استخدامًا في بيولوجيا النبات) له تأثيرات مماثلة على هذه النباتات الهامة.
تأثيرات المصب
ينظم عامل النسخ هذا نشاط 345 جينًا ، معظمها معروف باستجابته للملح والجفاف والبرد. عندما أفرط العلماء في التعبير عن أحد هذه الجينات ، وهو جين متورط في الإزهار المبكر ، أزهرت النباتات في وقت سابق ، لكنها كانت متوقفة وقللت غلة الحبوب. ويرجع السبب في ذلك إلى أن سمة الإزهار المبكرة ، المعزولة عن زيادة استخدام الكربون والنيتروجين التي يمنحها عامل النسخ ، لم تسمح للنباتات بتجميع موارد كافية خلال وقت نموها القصير.
يقترح المؤلفون أنه يمكن استخدام تحرير الجينوم بدلاً من التقنيات المعدلة وراثيًا التي اعتمدوا عليها للتعبير عن عامل النسخ هذا في المحاصيل الأخرى حتى يتمكنوا أيضًا من تحقيق عائد أعلى. يمكن أن تكون هذه الأصناف مفيدة في الحالات التي يمكن أن تصبح فيها مواسم النمو والمساحة الميدانية محدودة ويمكن أن تصبح الأسمدة النيتروجينية نادرة - من خلال ، كما تعلمون ، سيناريوهات نادرة مثل حرائق الغابات والفيضانات والجفاف. والحرب.
سماد النيتروجين مصنوع من الغاز الطبيعي. يؤدي استخراج الغاز الطبيعي وحرقه إلى إلحاق الضرر بالحياة على كوكبنا ، لذا يجب علينا على الأرجح التوقف عن فعل ذلك (أو على الأقل محاولة تقليصه بشكل كبير). لكن المحاصيل الغذائية ، مثل جميع النباتات ، تحتاج إلى هذا النيتروجين. هذا محير تمامًا ، لا سيما أنه من المتوقع أن يزداد عدد السكان المعتمدين على هذه المحاصيل خلال العقود القليلة القادمة ، بينما من المتوقع أن تنخفض مساحة الأراضي الصالحة للزراعة.
استجابة لذلك ، طور المهندسون الوراثيون في الصين محاصيل يمكن أن تزدهر باستخدام كميات أقل من النيتروجين ، وأنشأوا مجموعة متنوعة من الأرز تنتج 40-70٪ أكثر من الأرز العادي. يحتوي على المزيد من الحبوب لكل فرع ، وكل جزء من حبيباته أكبر وأكثر كثافة ، وتزهر النباتات في وقت مبكر. يمكن أن تؤدي معظم طرق التربية المستخدمة حاليًا في محاصيل الحبوب إلى زيادة في الغلة بنسبة أقل من 1٪ ، لذا فهذه مشكلة كبيرة.
جين واحد يعدل عدة
بدأ العلماء بدراسة بروتينات تسمى عوامل النسخ ، والتي غالبًا ما تتحكم في التعبير عن مجموعة من الجينات التي غالبًا ما تشارك في جوانب مختلفة من نفس الوظيفة الفسيولوجية. في هذه الحالة ، كان التركيز على عوامل النسخ المعروفة بالفعل بأنها تنظم عملية التمثيل الضوئي.
للعثور على الهدف المثالي ، فحص الباحثون مجموعة من 118 عامل نسخ تم تحديدها مسبقًا لتنظيم التمثيل الضوئي في الأرز والذرة للعثور على تلك التي تم تنظيمها أيضًا استجابة للضوء والحرارة ، وانخفاض مستويات النيتروجين. عندما وجدوا واحدًا ، قاموا بتوليد خطوط أرز معدلة وراثيًا أنتجت الكثير. إن الإفراط في التعبير عن عامل نسخ مثل هذا بدلاً من الجينات الفردية التي يتحكم فيها يشبه المطالبة بالتحدث إلى المدير بدلاً من التقليب بين مختلف مندوبي خدمة العملاء في الأقسام المختلفة.
تم وضع شتلات الأرز الناتجة في حقول ذات ظروف بيئية مختلفة: الحقول المعتدلة بالقرب من بكين ، والحقول الاستوائية في مقاطعة هاينان ، والحقول شبه الاستوائية في مقاطعة تشجيانغ.
على مدى ثلاث سنوات ، أظهرت جميع نباتات الأرز قدرة محسّنة على التمثيل الضوئي وكفاءة محسّنة في استخدام النيتروجين. كان لديهم المزيد من الكلوروفيل والبلاستيدات الخضراء أكبر وأكبر من الأرز البري. لديهم أيضًا امتصاص نيتروجين أكثر كفاءة في جذورهم من الأرز من النوع البري ، وكان لديهم نقل أكثر كفاءة لهذا النيتروجين من جذورهم إلى براعمهم من الأرز البري. أدى هذا إلى زيادة محصول الحبوب ، حتى عندما كانت النباتات تزرع بكمية أقل من الأسمدة النيتروجينية.
تم إجراء تجارب أخرى على نباتات معدلة وراثيًا تمت زراعتها في الماء وفي حقول الأرز ، وقد نجحت أيضًا. الإفراط في التعبير عن نفس عامل النسخ في سلالة أكثر تعقيدًا من الأرز (الجابونيكا ، على عكس البليبيان Oryza sativa الذي تم استخدامه في معظم التجارب الأخرى) وكذلك في القمح وأرابيدوبسيس (الكائن النموذجي الأكثر استخدامًا في بيولوجيا النبات) له تأثيرات مماثلة على هذه النباتات الهامة.
تأثيرات المصب
ينظم عامل النسخ هذا نشاط 345 جينًا ، معظمها معروف باستجابته للملح والجفاف والبرد. عندما أفرط العلماء في التعبير عن أحد هذه الجينات ، وهو جين متورط في الإزهار المبكر ، أزهرت النباتات في وقت سابق ، لكنها كانت متوقفة وقللت غلة الحبوب. ويرجع السبب في ذلك إلى أن سمة الإزهار المبكرة ، المعزولة عن زيادة استخدام الكربون والنيتروجين التي يمنحها عامل النسخ ، لم تسمح للنباتات بتجميع موارد كافية خلال وقت نموها القصير.
يقترح المؤلفون أنه يمكن استخدام تحرير الجينوم بدلاً من التقنيات المعدلة وراثيًا التي اعتمدوا عليها للتعبير عن عامل النسخ هذا في المحاصيل الأخرى حتى يتمكنوا أيضًا من تحقيق عائد أعلى. يمكن أن تكون هذه الأصناف مفيدة في الحالات التي يمكن أن تصبح فيها مواسم النمو والمساحة الميدانية محدودة ويمكن أن تصبح الأسمدة النيتروجينية نادرة - من خلال ، كما تعلمون ، سيناريوهات نادرة مثل حرائق الغابات والفيضانات والجفاف. والحرب.
تكبير / شرفة أرز في فيتنام.
صور جيتي
