منوعات

نجاح حلو: تم كسر الشفرة الوراثية المعقدة لقصب السكر

يعد قصب السكر الهجين الحديث أحد أكثر المحاصيل التي يتم حصادها على هذا الكوكب، ويستخدم لصنع منتجات مثل السكر ودبس السكر والإيثانول الحيوي والمواد الحيوية. كما أن لديها أحد النماذج الجينية الأكثر تعقيدًا.

حتى الآن، جعلت الوراثة المعقدة لقصب السكر منه المحصول الرئيسي الأخير دون جينوم كامل ودقيق للغاية. قام العلماء بتطوير ودمج العديد من التقنيات لرسم خريطة ناجحة للشفرة الوراثية لقصب السكر. وباستخدام هذه الخريطة، تمكنوا من التحقق من الموقع المحدد الذي يوفر مقاومة لمرض الصدأ البني الخطير والذي، إذا ترك دون فحص، يمكن أن يدمر محصول السكر. يمكن للباحثين أيضًا استخدام التسلسل الجيني لفهم الجينات العديدة المشاركة في إنتاج السكر بشكل أفضل.

تم إجراء البحث كجزء من برنامج علوم المجتمع التابع لمعهد الجينوم المشترك التابع لوزارة الطاقة الأمريكية (JGI)، وهو مرفق مستخدم لمكتب العلوم التابع لوزارة الطاقة في مختبر لورانس بيركلي الوطني (مختبر بيركلي). ويتم نشر الدراسة اليوم في المجلة طبيعةوالجينوم متاح عبر بوابة مصنع JGI، Phytozome.

وقال جيريمي شموتز، مدير برنامج النبات في JGI وزميل الأبحاث في معهد HudsonAlpha للتكنولوجيا الحيوية: “هذا هو تسلسل الجينوم الأكثر تعقيدًا الذي قمنا به على الإطلاق”. “إنه يوضح المدى الذي وصلنا إليه. هذا هو الشيء الذي اعتقد الناس أنه مستحيل قبل 10 سنوات. نحن الآن قادرون على تحقيق الأهداف التي لم نكن نعتقد أنها ممكنة في علم الجينوم النباتي.”

إن جينوم قصب السكر معقد للغاية لأنه كبير ولأنه يحتوي على نسخ من الكروموسومات أكثر من النبات النموذجي، وهي خاصية تسمى تعدد الصبغيات. يحتوي قصب السكر على حوالي 10 مليار زوج قاعدي، وهي اللبنات الأساسية للحمض النووي؛ وعلى سبيل المقارنة، فإن الجينوم البشري لديه حوالي 3 مليارات. العديد من أقسام الحمض النووي لقصب السكر متطابقة داخل الكروموسومات المختلفة وفيما بينها. وهذا يجعل من الصعب إعادة تجميع جميع الأجزاء الصغيرة من الحمض النووي بشكل صحيح أثناء إعادة بناء المخطط الجيني بأكمله. قام الباحثون بحل اللغز من خلال الجمع بين العديد من تقنيات التسلسل الجيني، بما في ذلك الطريقة المطورة حديثًا المعروفة باسم تسلسل PacBio HiFi، والتي يمكنها تحديد تسلسل المقاطع الأطول من الحمض النووي بدقة.

إن وجود “جينوم مرجعي” كامل يجعل من السهل دراسة قصب السكر، مما يسمح للباحثين بمقارنة جيناته ومساراته مع جينات ومسارات المحاصيل الأخرى المدروسة جيدًا مثل الذرة الرفيعة أو غيرها من المحاصيل الوقود الحيوي المثيرة للاهتمام، مثل عشبة التبديل والميسكانثوس. ومن خلال مقارنة هذا المعيار بالمحاصيل الأخرى، يصبح من الأسهل فهم كيفية تأثير كل جين على سمة محل الاهتمام، مثل الجينات التي يتم التعبير عنها بشكل كبير أثناء إنتاج السكر أو الجينات المهمة لمقاومة الأمراض. وجدت هذه الدراسة أن الجينات المسؤولة عن مقاومة الصدأ البني، وهو العامل الممرض الفطري الذي تسبب في السابق في أضرار بملايين الدولارات لمحاصيل قصب السكر، موجودة في مكان واحد في الجينوم.

وقال آدم هيلي، المؤلف الأول للورقة البحثية والباحث في HudsonAlpha: “عندما قمنا بتسلسل الجينوم، تمكنا من سد فجوة في التسلسل الجيني حول مرض الصدأ البني”. “هناك مئات الآلاف من الجينات في جينوم قصب السكر، ولكن اثنين فقط من الجينات، يعملان معًا، يحميان النبات من هذا العامل الممرض. ومن بين النباتات، لا نعرف سوى عدد قليل من الحالات التي تعمل فيها الحماية بطريقة مماثلة. فهم أفضل إن معرفة كيفية عمل مقاومة الأمراض في قصب السكر يمكن أن تساعد في حماية المحاصيل الأخرى التي تواجه مسببات الأمراض المماثلة في المستقبل.

درس الباحثون صنف قصب السكر المعروف باسم R570، والذي تم استخدامه لعقود من الزمن في جميع أنحاء العالم كنموذج لفهم وراثة قصب السكر. مثل جميع أصناف قصب السكر الحديثة، فإن R570 عبارة عن هجين يتم الحصول عليه عن طريق تهجين الأنواع المستأنسة من قصب السكر (التي تفوقت في إنتاج السكر) والأنواع البرية (التي تحمل جينات مقاومة الأمراض).

قالت أنجيليك دي هونت، المؤلفة الأخيرة للمقال: “إن معرفة الصورة الجينية الكاملة لـ R570 ستسمح للباحثين بتتبع الجينات التي تنحدر من أي والد، مما يسهل على المربين تحديد الجينات التي تتحكم في السمات ذات الأهمية لتحسين الإنتاج”. وأخصائي قصب السكر. باحث في مركز البحوث الزراعية الفرنسي للتنمية الدولية (CIRAD).

إن تحسين أصناف قصب السكر المستقبلية له تطبيقات محتملة في كل من الزراعة والطاقة الحيوية. إن تحسين الطريقة التي ينتج بها قصب السكر السكر يمكن أن يزيد من إنتاجية المزارعين من محاصيلهم، مما يوفر المزيد من السكر على نفس المساحة من مساحة النمو. يعتبر قصب السكر مادة خام مهمة لإنتاج الوقود الحيوي، وخاصة الإيثانول، والمنتجات الحيوية الأخرى. تعتبر البقايا التي تبقى بعد عصر قصب السكر، والتي تسمى تفل قصب السكر، نوعًا مهمًا من المخلفات الزراعية التي يمكن أيضًا تفكيكها وتحويلها إلى وقود حيوي ومنتجات حيوية.

وقال بليك سيمونز، مدير العلوم والتكنولوجيا في معهد الطاقة الحيوية المشترك التابع لوزارة الطاقة: “نحن نعمل على فهم كيفية ارتباط جينات نباتية معينة بجودة الكتلة الحيوية التي نحصل عليها، والتي يمكننا بعد ذلك تحويلها إلى وقود حيوي ومنتجات حيوية”. مركز أبحاث الطاقة الحيوية بقيادة مختبر بيركلي. “من خلال فهم أفضل لوراثة قصب السكر، يمكننا أن نفهم ونتحكم بشكل أفضل في الأنماط الجينية النباتية اللازمة لإنتاج السكريات والوسائط المشتقة من تفل قصب السكر التي نحتاجها لتقنيات تحويل قصب السكر المستدامة. السكر على نطاق مناسب للاقتصاد الحيوي.”

وشملت هذه الدراسة التعاون مع المعاهد في جميع أنحاء العالم، بما في ذلك فرنسا (CIRAD، UMR-AGAP، ERCANE)؛ أستراليا (CSIRO الزراعة والأغذية، تحالف كوينزلاند من أجل الابتكار الزراعي والغذائي/مركز ARC للتميز لنجاح النباتات في الطبيعة والزراعة – جامعة كوينزلاند، أبحاث السكر في أستراليا)؛ جمهورية التشيك (معهد علم النبات التجريبي التابع لأكاديمية العلوم التشيكية)؛ وفي الولايات المتحدة (Corteva Agriscience، المعهد المشترك للطاقة الحيوية). تم تسلسل الجينوم في JGI وتم تنفيذ العمل في المختبرات الشريكة لـ JGI، وهي معهد أريزونا لعلم الجينوم ومعهد HudsonAlpha للتكنولوجيا الحيوية.

..

Source link

orcalimaa

المصدر الرئيسي للأخبار والمعلومات الصحية والطبية الموثوقة وفي الوقت المناسب . توفير معلومات صحية ذات مصداقية ومجتمع داعم وخدمات تعليمية من خلال مزج الخبرة الحائزة على جوائز في المحتوى والخدمات المجتمعية وتعليقات الخبراء والمراجعة الطبية .

مقالات ذات صلة

اترك تعليقاً

زر الذهاب إلى الأعلى