لماذا يعمل علماء «كاوست» على تعديل جينات الدُّخن الأفريقي؟

من الممكن تحسين محصول حبوب الدُّخن الأفريقي لينمو في الأراضي الجافة القاحلة بالمملكة العربية السعودية باستخدام معلومات الجينوم الخاص به، إذ يلائم «الفونيو» – أحد أنواع حبوب الدُّخن الأفريقي – هذه البيئة جيداً، لكنه لم يُدجَن بذات القدر الذي حظيت به محاصيل الحبوب الرئيسية، مثل القمح والأرز والذرة.

تحسين جيني

وقد يؤدي استهداف جينات هذا النبات إلى إنتاجية أعلى وحبوب أكبر، وهو ما يعمل عليه علماء من جامعة الملك عبد الله للعلوم والتقنية (كاوست).

يقول الدكتور سايمون كراتينجر، عالم النبات في «كاوست» الذي قاد الدراسة، إن «80 مليون شخص يستوطنون شبه الجزيرة العربية ويضطرون إلى استيراد 90 في المائة من طعامهم، ولا يمكن زراعة محاصيل الحبوب الأساسية التي توفر 50 في المائة من السعرات الحرارية اليومية للسكان في هذه المنطقة بسبب نقص المياه العذبة، والتربة الفقيرة، ودرجات الحرارة المرتفعة»، مشيراً إلى أن «الفونيو» يُعد نباتاً غذائياً مذهلاً ينمو في المناطق الجافة والحارة ذات التربة الفقيرة، «ويتمثل هدفنا طويل الأمد في تحسين فونيو الدُخن والإبقاء على خصائصه الاستثنائية»، حسب قوله.

ورغم وجود «الفونيو» لأكثر من 5 آلاف عام، فإن تلك الحبوب تعد من أنواع المحاصيل المهملة وغير المستغلة حيث يشار إليها أحياناً باسم «المحاصيل المفقودة» أو «المحاصيل الثانوية». ورغم أهميتها الثقافية والغذائية المذهلة مثل توفيرها للعديد من فيتامينات بي، وكذلك المعادن مثل الكالسيوم والحديد والنحاس والزنك والمغنيسيوم، فإنها لم تنل حظها من الدراسات والأبحاث العلمية بالشكل الأمثل.

ولإجراء هذه الدراسة، حلّل باحثو «كاوست» بالتعاون مع فريق دولي من العلماء، جينومات نباتات فونيو الدُّخن المُدَجَن والبري من جميع أرجاء أفريقيا، ثم قارنوها بجينومات محاصيل الحبوب الأساسية.

وقد أظهرت التحليلات أن اثنين من جينات «الفونيو» قد تعرضا للانتقاء. وكان أحد هذين الجينين، ويسمى (DeGs5 – 3A) مشابهاً جداً لجين في الأرز يعمل على تنظيم عَرْض الحبة ووزنها. وقد أظهر ذلك الجين غياباً تاماً للتنوع في «الفونيو المُدَجَن»، وهو ما يشير إلى أن النباتات المحتوية على هذا الجين النشط قد انتُقِيت اصطناعياً من أجل إنتاج حبوب أكبر. كما وجِد الجين الآخر، والمسمى (DeSh1 – 9A) متحوراً في بعض أنواع «الفونيو المُدَجَن»، والذي يشبه طفرة أخرى في الأرز الأفريقي المُدَجَن. وتقلل هذه الطفرة من فقدان البذور من خلال عملية تعرف بالتشظّي، وهو ما يعد مفيداً للأصناف البرية، إذ يضمن ذلك انتشار البذور والإنبات الطبيعي في البيئة، بيد أنه يقلل من إنتاجية المحاصيل المزروعة. كما اكتُشِفَت أيضاً تنوعات جينية أخرى منتقاة في محاصيل الحبوب الأساسية أظهرت تسلسلاً نيوكليوتيدياً شبيهاً بنباتات الفونيو البرية.

وللتغلّب على هذه المشكلة، يقول الدكتور مايكل أبروك، باحث ما بعد الدكتوراه في «كاوست»: «إن تعديل تلك الجينات، باستخدام تقنية التحرير الجيني على سبيل المثال، قد يؤدي إلى تحسين الفونيو بصورة ملحوظة بإنتاج بذور أكبر دون فقدان أي منها».

سلالة مستزرعة

ويضيف أبروك: «يتمثل هدفنا التالي في إنتاج سلالة مستزرَعة من الفونيو تحوي جميع خصائص الحبوب الحديثة، ولكنها تحتفظ بخصائصها الأصلية التي تساعدها على تحمُّل الجفاف، وسرعة النُضج، والقدرة على النمو في التربة الرّمليّة».

حدَّد الباحثون أيضاً العوامل التي أثَّرت في التنوع الجيني لحبوب «الفونيو» في أنحاء أفريقيا. تقول حنين أحمد، طالبة مرحلة الدكتوراه في «كاوست»: «لم تكن التكيفات مع المناخ أمراً مثيراً للدهشة؛ فالفونيو المستزرع في منطقة الساحل في مالي يتطلب خصائصَ مختلفة عن النوع المستزرع في المناطق شبه الاستوائية في جنوب توغو».

غير أن الأمر المثير للدهشة، وفقاً لحنين أحمد، يَكْمُنُ في الصلة التي وُجدت بين الأنماط الجينية للفونيو ومجموعات اللغات العرقية في أفريقيا، فعلى سبيل المثال، كانت هناك اختلافات جينية لافتة بين سلالات الفونيو التي جُمِعَت من شمال توغو وجنوبها. ورغم أن هذا التنوع يرتبط على نحو جزئي بالمناخ، فإنه يمكن أن يُعزَى إلى الاختلافات الثقافية التي أدت إلى تقييد تشارك البذور بين مزارعي المنطقتين.

وجدير بالذكر فإن حبة «الفونيو» تعد ذات أهمية في التراث الثقافي في العديد من دول غرب أفريقيا، حيث يتم استخدامها في الاحتفالات المختلفة. ورغم أهميتها الثقافية لشعوب تلك المنطقة، كما أنها قابلة للزراعة بشكل كبير، إلا أنها لم تُستغل بشكل جيد على مر ذلك التاريخ الطويل.

من جانبه، يرى كراتينجر أن «الفونيو» يعتبر محصولاً شبه مُدَجَّن يُظْهِر شكلاً من التكيف مع الممارسات الزراعية.

وعن أهمية النتائج، يضيف: «يمكن أن تُفضِي التحسينات إلى حبوب جديدة من الممكن زراعتها على نطاق واسع وبشكل مستدام في البيئات الجافة والحارة».