نمو وتكاثر المحاصيل بشكل أسرع وأقوى
يقوم مربو النباتات بتتبع التحسينات الوراثية بسرعة في محاصيل الأغذية لمواكبة الاحتباس الحراري وتزايد عدد سكان الكرة الأرضية، لذا فإن المزارعين ومربي النباتات في سباق مع الزمن، بسبب نمو سكان العالم بسرعة ، ويتطلبون المزيد من الغذاء، لكن مساحة الأراضي الصالحة للزراعة محدودة، وازدادت درجات الحرارة في مواسم النمو في بعض المناطق، حيث جلبت الجفاف والآفات إلى كثير من المناطق.
قال لي هيكي، عالم الوراثة النباتية بجامعة كوينزلاند في أستراليا: "إننا نواجه تحديًا كبيرًا فيما يتعلق بإطعام العالم، إذا نظرت إلى الإحصائيات، فسنحصل على حوالي 10 مليارات من السكان على هذا الكوكب بحلول عام 2050 وسنحتاج إلى 60 إلى 80 في المائة من الغذاء لإطعام الجميع. إنه تحد أكبر في مواجهة تغير المناخ والأمراض التي تؤثر على محاصيلنا التي تتطور بسرعة أيضًا. "
لكن تربية النباتات هي عملية بطيئة، يمكن أن يستغرق تطوير أنواع جديدة من المحاصيل "إنتاجية أعلى وأكثر تغذية ومقاومة للجفاف والأمراض" عقدًا أو أكثر باستخدام تقنيات التربية التقليدية. لذلك فإن مربي النباتات يعملون على تسريع الإنتاجية.
يعمل فريق الدكتور هيكي على "سرعة التكاثر"، عن طريق التحكم في الضوء ودرجة الحرارة لحعل النبات ينمو بشكل مفرط. وهذا يتيح للباحثين حصاد البذور والبدء في زراعة الجيل التالي من المحاصيل في وقت أقرب.
استلهم أسلوبهم من أبحاث ناسا في كيفية زراعة المواد الغذائية في المحطات الفضائية، انهم يقومون بخداع أزهار المحاصيل لتنضج في وقت مبكر عن طريق أضواء LED زرقاء وحمراء لمدة 22 ساعة في اليوم والحفاظ على درجات الحرارة بين 62 و 72 درجة فهرنهايت. في نوفمبر الماضي، تم نشر مقال للفريق في مجلة Nature ، أنه يمكنهم زراعة ما يصل إلى ستة أجيال من القمح والشعير والحمص والكانولا في عام واحد، في حين أن الأساليب التقليدية لن تنتج سوى جيل أو اثنين.
يسلط الدكتور هيكي وفريقه الضوء على إمكانات التكاثر السريع ، فضلاً عن التقنيات الأخرى التي قد تساعد في تحسين الأمن الغذائي. إن الجمع بين سرعة التكاثر والتكنولوجيات الحديثة الأخرى، مثل تحرير الجينات، هو أفضل طريقة لإنشاء خط أنابيب للمحاصيل الجديدة، وفقًا للباحثين.
وقال الدكتور هيكي: "ما نتحدث عنه حقًا هنا هو إنشاء مصانع للنباتات على نطاق واسع".
يقول تشارلي برومر، مدير مركز تربية النباتات بجامعة كاليفورنيا، ديفيس، الذي لم يشارك في العمل، لقد وصل عهد جديد في مجال البحوث النباتية. لقد حاول المربون وشركات التربية دائمًا تقليل الوقت المستغرق لتطوير مجموعة جديدة من المحاصيل ، ولكن باستخدام تقنيات جديدة مثل التربية السريعة ، "يمكننا أن نفعل ذلك الآن بشكل أفضل مما كنا في الماضي"، على حد قوله.
بدأ علماء النبات أول مرة في زراعة النباتات تحت مصابيح الكهربائية الخفيفة قبل 150 عامًا، منذ ذلك الحين ، أدت التطورات في تقنية LED إلى تحسين الدقة التي يمكن للعلماء بواسطتها ضبط إعدادات الإضاءة وتخصيصها لأنواع المحاصيل الفردية.
اعتمد الباحثون أيضًا تقنيات وراثية جديدة لتحسين أوقات زهر النباتات وجعلها أكثر مقاومة لقسوة الإحتباس الحراري. على عكس التقنيات القديمة في التهجين وتعديل المحاصيل، فإن الأدوات الحديثة مثل Crispr تسمح للعلماء باقتطاع أجزاء من الحمض النووي الخاص بالنبات الذي قد يجعله عرضة للأمراض. يعمل الدكتور هيكي وفريقه على إضافة ماكينات Crispr مباشرة إلى شتلات الشعير والذرة الرفيعة ، من أجل تعديل جينات النباتات وفي نفس الوقت سرعة تكاثرها.
هذا القول أسهل من الفعل لبعض المحاصيل. حيث أن البطاطا وبعض المحاصيل الأخرى، مثل البرسيم، رباعي الأرجل، تحمل أربع نسخ من كل كروموسوم. (البشر ومعظم الحيوانات ثنائي الصبغة ، مع اثنين من الكروموسومات ، واحد من كل والد). قد يقوم المربيين بحذف جين واحد يقلل من إنتاجية المحاصيل ، ولكن قد يكون هناك ثلاث نسخ أخرى من الجين على الكروموسومات الأخرى للنبات.
هذا النمط الفريد يعني أن البطاطس عادة ما تكون غير مثمرة، ويجب أن تتناسل عن طريق حصادها وزرع الدرنات. قال بنجامين ستيتش ، عالم الوراثة النباتية بجامعة هاينريش هاين في دوسلدورف، ألمانيا، إن التكاثر السريع والتحرير الوراثي لا يمكنهما إلا أن ينتشرا بسرعة إلى حد ما.
يقوم الدكتور ستيتش وفريقه بتطوير تقنية تسمى "التنبؤ الجينومي" لتعجيل تحديد الدرنات ذات السمات المرغوبة. أولاً، يأخذ الباحثون ما يعرفونه حول تأثير الجينات المختلفة على النمو والإنتاج. بعد ذلك، يقومون بإدخال هذه البيانات في نماذج الكمبيوتر واستخراج التنبؤات حول النباتات التي سيكون لديها أفضل مزيج من الجينات والعائد في هذا المجال.
"يمكننا الآن التنبؤ بالعديد من السمات في وقت واحد، مع موثوقية عالية"، قال الدكتور ستيتش. حيث استخدم فريقه هذه التقنية للتنبؤ بنجاح بتعرض درنات البطاطا للأمراض، وكذلك محتوى النشا، والمحصول ووقت النضج.
بفضل التكنولوجيا الأرخص والأكثر قوة ، تتاح لنا الفرص لتحسين المحاصيل في جميع أنحاء العالم. يخطط فريق الدكتور هيكي لتدريب مربي النباتات في الهند وزيمبابوي ومالي على مدار العامين المقبلين من خلال التعاون مع المعهد الدولي لبحوث المحاصيل شبه القاحلة، مؤسسة بيل وميليندا غيتس للمنح.
وقال الدكتور هيكي: "من المهم التأكد من أن هذا يفيد المزارعين في البلدان النامية أيضًا". يمكن إعداد معظم التربية السريعة بأدنى قدر من المهارة ، وفي البلدان التي قد تكون فيها الكهرباء والموارد الأخرىقليلة ، جيث يمكن القيام بذلك باستخدام الألواح الشمسية لتزويد المصابيح بالطاقة الرخيصة. ويمكن الجمع بين سرعة التكاثر وتحرير الجينات والتنبؤ الجيني.
وقال الدكتور هيكي: "التكنولوجيا وحدها لن تحل مشاكلنا". "سنحتاج إلى كل الأدوات الموجودة".