أطلس خلايا الأرز قد يعيد كتابة طرق تربية المحاصيل

في مجمع مختبرات قرب سانيا، في جزيرة هاينان جنوب الصين، جمع الباحثون شيئاً طالما أراده علماء بيولوجيا النبات لعقود: خريطة ثلاثية الأبعاد كاملة لكيفية بناء نبات الأرز لنفسه. أُعلن عن العمل في 7 أكتوبر في مؤتمر في سانيا، ولُقّب بأول خريطة حياة لوادي نانفان السيليكوني، في إشارة إلى مركز تربية البذور الاستوائي حيث يتركز الكثير من أبحاث المحاصيل في الصين.

كان المشروع تعاوناً بين مختبر خليج ياتشو، ومختبر صناعة البذور في هاينان، وأبحاث BGI وتسع مؤسسات أخرى، أي اثنتي عشرة منظمة إجمالاً. تتبعوا معاً الأرز من لحظة إنبات البذرة عبر الإزهار وصولاً إلى نبات مثقل بالحبوب، مسجلين أي الجينات تُشغَّل في أي الخلايا وأين تقع تلك الخلايا داخل النبات النامي. والنتيجة هي ما يسميه العلماء أطلساً خلوياً زمانياً-مكانياً: صورة ثلاثية الأبعاد لنشاط الجينات عبر المكان والزمان معاً.

ما يجعل الخريطة غير عادية هو نطاقها. كانت الدراسات السابقة تنظر عادة إلى نسيج واحد أو عضو واحد أو لحظة واحدة. أما هذا الأطلس فيجمع بدلاً من ذلك معلومات الجينوم ومراحل تطور الخلايا والتعبير الجيني المكاني في مرجع واحد يغطي دورة الحياة بأكملها. وبالنسبة لنبات ذي أهمية اقتصادية مثل الأرز، الذي يغذي نحو نصف سكان العالم، فإن هذا الاتساع مهم.

فهم أين ومتى يعمل الجين أمر محوري في تربية النبات. قد لا يفيد الجين الذي يحسّن تحمل الجفاف إلا إذا كان نشطاً في خلايا الجذر الصحيحة في المرحلة الصحيحة من النمو. ومن خلال إظهار الأحياء الخلوية الدقيقة حيث يعمل كل جين، يمنح الأطلس المربين دليلاً تفصيلياً بدلاً من رسم تقريبي. ووصف الباحثون الهدف بأنه فهم تطور النبات على مستوى الكائن الفردي، وليس فقط الخلايا المعزولة في طبق مخبري.

لقد تبنّى المجتمع البحثي خرائط مرجعية مشتركة من قبل. أصبحت أطالس مماثلة للإنسان والفئران أدوات معيارية، تتيح للمختبرات مقارنة تجاربها بخط أساس مشترك. ويمكن لنظير الأرز أن يفعل الشيء نفسه لعلوم المحاصيل، مما يسمح لفرق في بلدان مختلفة بتثبيت نتائجها على خريطة واحدة متفق عليها بدلاً من إعادة بناء الصورة قطعة قطعة.

دور هاينان في المشروع ليس مصادفة. تسمح فصول الشتاء الدافئة في المقاطعة للمربين بزراعة أجيال إضافية من المحاصيل كل عام، مما يضغط ما يستغرق عادة عقداً كاملاً في بضعة مواسم. وهذا التقليد، المعروف باسم نانفان، جعل المنطقة منذ زمن طويل ملتقى لعلوم الزراعة. ويضيف الأطلس الجديد طبقة حديثة غنية بالبيانات إلى ممارسة اعتمدت تاريخياً على الملاحظة الصبورة والتهجين.

قد تصل الفوائد العملية إلى مزارعين أبعد بكثير من الصين. يواجه الأرز ضغوطاً متزايدة من موجات الحر والأمطار غير المتوقعة والتربة المالحة، ويسابق المربون الزمن لتطوير أصناف تصمد. وتمنحهم خريطة تفصيلية لكيفية تطور نبات أرز سليم طريقة لتحديد الروافع الجينية التي تستحق السحب. ويمكن لاحقاً توسيع النهج نفسه ليشمل الذرة وفول الصويا والبطاطس، وهي محاصيل تظهر إلى جانب الأرز في البرامج البحثية للمنطقة.

أُعلنت النتائج في مؤتمر حول علم الأوميكس الزماني-المكاني، وهو مجال يدرس أين تعمل الجزيئات داخل الأنسجة الحية. وللقراء حول العالم غير المألوفين بهذا المصطلح، فإن أبسط تشبيه هو خريطة مدينة تُظهر أيضاً ما يحدث داخل كل مبنى في كل ساعة. وقد تلقى الأرز الآن مثل هذه الخريطة، ويقول العلماء الذين يقفون وراءها إن الخطوة التالية هي جعلها مفيدة في الحقول، وليس فقط في المجلات العلمية.