استخدام التباينات الجسدية في الانتخاب المعملي لزراعة الانسجة

أن زراعة الخلايا والأنسجة النباتية قد أتاحت فرصة كبيرة في عمليات الانتخاب على مستوى الخلايا والأنسجة وخاصة في حالات الانتخاب لمقاومة الإجهاد البيئي أو الإحيائي. وبالفعل تم انتخاب العديد من السلالات الطفرية mutant cell lines عن طريق تعريض الخلايا لمستويات عالية تصل إلى درجة السمية من بعض المركبات مثل كلوريد الصوديوم أو أحد مبيدات الحشائش أو مشابهات الأحماض الأمينية، فتموت الخلايا التي ليس لها القدرة على تحمل هذا التركيز وتظل الخلايا التي لها القدرة على تحمله بسبب قد يكون وراثياً أو وظيفياً. فإذا تمكنت هذه الخلايا من التكشف إلى نبات فربما يحمل نفس صفة التحمل لهذا المركب ويورثها إلى نسله، هذا بالطبع لو كان التغيير الحادث في الخلية المنتخبة وراثياً، واستخدمت هذه الطريقة في التحسين الوراثي لكثير من النباتات. لكن يعيب هذه الطريقة عدم إمكانية استخدامها لتحسين الصفات المحصولية كما أن هناك بعض المعوقات الأخرى في سبيل استخدام هذه التقنية حيث أن عديد من الخلايا المنتخبة تكون متباينة وراثيا بدرجة كبيرة وبالتالي فإن النباتات المستولدة منها غير مطابقة للنبات الأم. والمشكلة الأخرى أن الاستجابة التي تظهر على المستوى الخلوي قد تختفي على مستوى النبات الكامل في الحقل لاختلاف ميكانيكية الاستجابة (1997 ,Duncan) و (Veilleux & Johnson1998).

معظم التغييرات الحادثة في مزارع الأنسجة تكون راجعة لحدوث طفرات في التركيب الوراثي ويكون معدل حدوث تلك الطفرات في المعلق الخلوي عالي جدا حيث يصل إلى 0.03-0.07 طفرة/ خلية في الانقسام الواحد بدون إضافة أي مادة مطفرة (1993) George. ويقل هذا المعدل بوضوح في حالة زراعة الأعضاء الكاملة. وتزيد هذه النسبة بإضافة مواد مطفرة للبيئة أو معاملة الجزء النباتي بها قبل الزراعة. وتجدر الإشارة إلى أن المظهر الأولى الدال على وجود الطفرة في الكالس هو وجود أجزاء متباينة في اللون أو الشكل أو القوام. وبناءً على ذلك فإنه من المتوقع أن تكون النباتات المستولدة من أجزاء مختلفة ظاهرياً من الكالس مختلفة عن الأمهات ومتباينة فيما بينها أيضاً .

وتجدر الإشارة أن التباين في الكالس يكون أعلى من التباين في النباتات حيث تميل الخلايا التي لا تحوى تباين إلى التكشف بمعدل أعلى من تلك التي تحتوى على معدل عالي من الاختلافات لكن بالطبع لا تنضح كل الطفرات في مرحلة الكالس وربما لا تتضح حتى في طور البادرة أو مرحلة النمو الخضري، كأن تكون الطفرة مرتبطة بوجود ظروف بيئية معينة أو أن التعبير عنها يتم في مرحلة الإزهار أو عقد وتكوين الثمار، وربما يكون التغير متعلق بصفات البذور الناتجة وبدون شك فإنه يمكن بإتباع طرق وراثية متقدمة الكشف عن هذه التغييرات في مرحلة مبكرة جداً وبمجرد حدوثها في الخلية. ولعل سبب فقد معظم الخلايا القدرة على التكشف في مزارع الأنسجة بتقدم عمر المزرعة هو تراكم العديد من الطفرات التي تحول دون حدوث التكشف ولا ينصح باستعمال مزارع أجنة جسدية عمرها أكثر من 6 شهور للتكشف (Von Arnold 2008).

وهذه التغييرات تشمل كلا من الصفات الوصفية والصفات الكمية، ولا يقتصر حدوثها على المادة الوراثية الموجودة في النواة فقط بل يحدث ذلك أيضاً في المادة الوراثية الموجودة في العضيات السيتوبلازمية، لكن من الثابت عمليا أن معظم الطفرات تحدث في المادة الوراثية الموجودة بالنواة وتكون نسبة الطفرات في الصفات الوصفية منخفضة بالمقارنة بالصفات الكمية المتأثرة بالعوامل البيئية. وعلى العموم قد تتشابه هذه التغييرات التي تحدث في الطبيعة باستخدام بعض الكيماويات أو الأشعة مع المؤينة، لكنها تحدث بطريقة مختلفة وفريدة. فالطفرات الحادثة في الطماطم باستخدام زراعة الأنسجة كانت مختلفة تماماً عن تلك المستحدثة بالمواد المطفرة (Gavazzi et al., 1987). العديد من الطفرات الحادثة في زراعة الأنسجة سلبية التأثير، ومن ثم فإن الاعتماد على زراعة الأنسجة كمصدر للتباين الوراثي وإن كان قد ساهم فعلا في العديد من برامج التحسين النباتي لن يحقق الهدف الذي عول عليه في البداية.

الاستفادة من النباتات المتباينة وراثياً

كما سبق القول قد تحتوي السلالات النباتية التي تتكشف من الكالس والتي يطلق عليها السلالات الكالسية callic clones على تغيرات وراثية فيما بينها وكذلك بينها وبين النبات الأم. وتم وصف التباين الموجود بين كثير من النباتات المتكشفة معمليا لعديد من الأنواع النباتية في عديد من الأبحاث. لكن في معظم الأبحاث اكتفى بوصف تلك الاختلافات دون توضيح ما إذا كانت هذه التغييرات مقتصرة على الشكل الظاهري للنمو الخضري والأزهار من الناحية الكمية أو الوصفية كذلك المحصول أم هي انعكاس للتغير في التركيب الوراثي بالتالي يمكن الاستفادة منها بصور عدة. ورغم أن الكالس قد يحتوي على خلايا متباينة وراثيا إلا أنه ليس من الضروري أن يتكشف منها نباتات.

ويمكن التحكم في بعض العوامل التي تحفز زيادة التباين الوراثي في الخلايا وبالتالي ينعكس ذلك على النباتات المتكشفة. وأمكن باستخدام زراعة الأنسجة الحصول على أصناف جديدة من أنواع نباتية عدة منها على سبيل المثال Pelargonium و Petunia وقصب السكر والدخان. وتميزت هذه الأصناف المستولدة عن الصنف المستعمل كأمهات للإكثار إما من ناحية الشكل الظاهري كبعض أصناف Hemerocallis المتقزمة التي أنتجت من الكالس، أو تكون الفروق في بعض الصفات الوظيفية كالمقاومة للإجهاد البيئي مثل الملوحة أو الجفاف وكذلك المقاومة لبعض الأمراض. ويوضح الجدول التالي بعض الأصناف التي تم إنتاجها باستخدام somaclonal variation . وفي البرسيم الحجازي كانت النباتات الناتجة من كالس واحد غير متباينة من حيث الشكل الظاهري لكن التلقيح الذاتي لهذه النباتات أنتج أفراد بينها تباين شديد ويدل ذلك على أن التغييرات الحادثة كانت متنحية (1993 ,George).

تكون درجة التباين بين النباتات الناتجة من التكشف المباشر أقل من النباتات الناتجة من التكشف غير المباشر. ولهذا تستخدم طريقة التكشف المباشر للأفرع لإكثار عدد كبير من نباتات الزينة خاصة تلك التابعة العائلة Gesneriaceae حيث تستخدم أعناق الأوراق كمصدر للجزء المنزرع (2008 ,George) . وفي بعض الحالات يتم تكشف الأفرع من خلايا طبقة البشرة Epiderme وفى البعض الآخر يتم اشتراك أكثر من طبقة من الخلايا في تكشف الأفرع (2009 ,.Singh et al) ومن ثم يكون هناك احتمال أكبر للحصول على كيميرا من النوع المحيطي Periclinal.

لكن أمكن إنتاج نباتات بينها تباين عند استخدام أجزاء نباتية محددة من Begonia في مزارع الأشطاء. وكانت نسبة التباين أعلى عند استعمال النباتات ذات الأزهار المجوز من الصنف Rieger ذات الأزهار المفرد على الرغم من أن الأشطاء تتكشف من طبقة خلايا البشرة وزادت نسبة التباين في النباتات المستولدة عند فصل هذه الطبقة واستعمالها بمفردها كجزء منزرع دون الطبقات السفلى ويكون بمزارع الجذور نسبة عالية من التباين الوراثي وغالبا تكون النباتات المتكشفة منها متباينة (1993George., ).

جدول يبين: بعض الأمثلة للأصناف التي تم استنباطها باستخدام Somaclonal variation