ما الاستيلاد الطفري؟

ويستخدم الاستيلاد الطفري الأصناف الوراثية المستحثة في بداية عملية استيلاد النباتات لاستحداث مجموعات كبيرة من المحاصيل المحسنة على النمو بسرعة والتي يمكن استيلادها مجدداً حتى تتحقق النتيجة المرجوة. وهذا يجعل الاستيلاد الطفري يتميز بالعديد من المزايا النسبية: فهو فعَّال من حيث التكلفة وسريع ومجرَّب ومحكم. كما أنَّه قابل للنقل وقابل للتطبيق في جميع الأحوال وآمن وملائم للبيئة.

ويمكن أن يؤدي تعرُّض النباتات للإشعاع إلى تغييرات في حمض د. ن. أ، ما يزيد معدَّل حدوث الطفرات إلى ما بين ألف ضعف ومليون ضعف، الأمر الذي يتيح استيلاد النباتات بشكل أكثر فعالية وإنتاج المزيد من أنواع المحاصيل في وقتٍ أقل. وفي عام 2021 مثلاً، طُوِّر في بنغلاديش نوع جديد من القطن ذو ميزات محسنة من ناحية الأداء الزراعي ونوعية الألياف وذلك خلال خمس سنوات فقط.

ويتميز الاستيلاد الطفري ببعدين اثنين هما: حثُّ الطفرات واختيار الطفرات.

وحثُّ الطفرات هو عملية يتم خلالها تسريع الحثِّ التلقائي والطبيعي للطفرات عبر استخدام عوامل فيزيائية أو كيميائية أو بيولوجية لتحسين مزايا مُفضلة أو مستهدفة في نباتات معينة. وهذا يشمل، على سبيل المثال لا الحصر، الفيروسات والبكتيريا، وهي العوامل البيولوجية، أو المضادات الحيوية وعوامل الألكلة (العوامل الكيميائية)، أو التعرض للإشعاع المؤيِّن (العامل الفيزيائي). وتُشعَّع عادةً بذور النباتات لحثِّ الطفرات. ولكن، في بعض الاختبارات، يمكن تشعيع نباتات أو شتلات بأكملها أو أجزاء منها مثل حبوب اللقاح أو الأبواغ أو الفسائل. وإذا لم تُستصلح الطفرات الناتجة بفعل آلية الإصلاح الخاصة بالخلية، فذلك يعني إنتاج طفرة قابلة للانتقال بالوراثة. وتُستولد المزيد من النباتات ذات الطفرات الواعدة، إلى أن يتوصل الباحثون إلى أصنافٍ محسنة بشكل كبير تكون قادرة على تلبية احتياجات المزارعين.

ويستخدم العلماء غالباً تقنيات معينة لتشعيع النباتات مثل مصادر الكوبالت-60 أو آلات الأشعة السينية. وأصبحت أشعة غاما التي تطلقها مصادر الكوبالت-60 المُطفِّر الأكثر استخداماً خلال العقود الماضية. كما أثبتت أنواع أخرى من الإشعاعات المطفِّرة مثل جسيمات ألفا وبيتا والنيوترونات السريعة والأشعة فوق البنفسجية، فائدتها في حثِّ الطفرات في النباتات. ويتزايد استخدام التشعيع بحزم الأيونات والإشعاع الكوني لهذه الغاية أيضاً، بغية اكتشاف فوائد هذه الأساليب في حثِّ الطفرات مقارنةً بأنواع التشعيع الأخرى.

اختيار الطفرات هو العملية التي من خلالها يتم اكتشاف النباتات التي تحسنت عبر حثِّ الطفرات باستخدام التشعيع. وتحصل عمليات الحثِّ بوتيرة منخفضة إلى درجة أنه يجب تشعيع وتنمية واستيلاد كميات كبيرة من البذور لأجيال عديدة إلى أن تكتسب سمة مرغوبة. والوقت الذي تتطلبه هذه العملية يختلف من نوع نباتٍ إلى آخر، وذلك لأن عملية نمو المطفرات وتحليلها، والتي تصل أعدادها إلى عدة آلاف من النباتات المنفردة، عملٌ ضخم ويعتمد على المحاصيل.

وتنطوي عملية تحديد واختيار النباتات الطافرة ذات السمات المحسَّنة على خطوتين رئيسيتين: فرز الطافرات وتوكيدها. وتُعد عملية فرز الطافرات وتوكيدها على أساس الصفات المرئية والفريدة من نوعها لمجموعة جديدة من المحاصيل، مثل التزهر المبكر أو قصر القامة، واضحة وبسيطة. ولكن الصفات التي لا يسهل تحديدها تتطلب تطوير وتطبيق عمليات فرز تستهدف الصفة تحديداً، كتلك المستخدمة لأغراض تحمُّل الملوحة في الزراعة المائية أو لأغراض مقاومة الأمراض.

ويمكن اعتبار بيئة الفضاء بأنها البيئة ذات الظروف الأكثر قسوة للنمو، وذلك لأن البذور والنباتات والمواد النباتية في الفضاء تتأثر بالإشعاع الكوني والجاذبية الصغرية. ومن ناحية أخرى، تساعد الأشعة الكونية في إنتاج طفرات قادرة بدورها على إنتاج مجموعات من النباتات أكثر صموداً للظروف على الأرض، والتي تتفاقم بسبب تغيُّر المناخ وعناصر الإجهاد الأخرى.  

وينطوي الاستيلاد الطفري المستحث فضائيًّا على استخدام الأشعة الكونية في الفضاء لتحفيز الطفرات التلقائية. ويرسل العلماء البذور إلى الفضاء، ثم يتولون زراعتها وفحصها واستيلادها عندما تعود إلى الأرض. ويحاول العلماء عبر هذه التقنية تحديد النباتات التي تحمل السمات الأكثر فائدة، وتلك التي توفر ميزة مختلفة عن أنواع المحاصيل التقليدية، تماماً كما يفعلون عند تطبيق تقنية الاستيلاد الطفري التقليدي. واستُخدم الاستيلاد الطفري المستحث فضائيًّا لاستحداث أصناف طافرة من القمح والأرز والقطن.

وبالإضافة إلى ذلك، تؤثر الأشعة الكونية والجاذبية الصغرى على بيولوجيا النباتات. ويجري استكشاف ذلك في دراسات علم النبات الفلكي لغرضٍ آخر، وهو تحديد أفضل الطرق لزراعة النباتات في الفضاء.