وكالات - مصدر الإخبارية

كشف فريق دولي من جامعة أكسفورد البريطانية وجامعة نانجينج الزراعية الصينية، بالتعاون مع معهد الوراثة وعلم الأحياء التنموي بالأكاديمية الصينية للعلوم، عن الجين الرئيسي WRINKLED1a الذي ينظم التوازن بين نمو الجذور والأجزاء الهوائية في الأرز عند نقص المغذيات. ويعد هذا الاكتشاف خطوة كبيرة نحو خفض استخدام أسمدة النيتروجين دون التأثير على إنتاجية المحاصيل.

أهمية الاكتشاف

يعتبر النيتروجين عنصراً أساسياً في الزراعة الحديثة، لكنه يرتبط بتكاليف بيئية كبيرة، بما في ذلك تلوث المياه وانبعاث الغازات الدفيئة. وعادةً، عند نقص النيتروجين، تميل النباتات إلى تحويل الطاقة لنمو الجذور على حساب نمو الأجزاء الهوائية وإنتاج الحبوب.

حتى الآن، لم يكن معروفاً المحرك الجزيئي المسؤول عن هذا التحول، لكن الدراسة الجديدة أوضحت أن التلاعب بجين WRINKLED1a يمكن أن يحافظ على نمو الأجزاء الهوائية والإنتاجية في ظل مستويات منخفضة من النيتروجين.

التجارب والنتائج

أجريت التجارب في بيوت زجاجية وحقول تجريبية، حيث أظهرت النباتات التي تزيد التعبير عن الجين نمواً أقوى في الجذور والسيقان مع الحفاظ على نسبة متوازنة بينهما. وفحص الباحثون أكثر من 3000 صنف من الأرز وحددوا نسخة طبيعية من الجين ذات تعبير أعلى، وتم إدخالها في نباتات تحمل نسخة أضعف.

في ثلاث تجارب حقلية بالصين، حافظت النباتات المعدلة على توازن مستقر بين الجذور والأجزاء الهوائية، وحققت زيادة في المحصول بلغت 23.7% عند استخدام 120 كجم/هكتار من النيتروجين، و19.9% عند استخدام 300 كجم/هكتار.

الدور الوظيفي للجين

يلعب جين WRINKLED1a أدواراً متخصصة بحسب النسيج:

• في الأجزاء الهوائية: ينشط جين NGR5 لتعزيز تفرع السيقان.

• في الجذور: يحفز جينات امتصاص النيتروجين ويمنع تكوين مركب يعيق تراكم هرمون الأوكسين المحفز لنمو الجذور.

الأثر على الأمن الغذائي

الأرز هو الغذاء الأساسي لأكثر من نصف سكان العالم، وإنتاجه مهدد بتغير المناخ وارتفاع درجات الحرارة، ما قد يقلل المحصول بنسبة تتجاوز 8% لكل درجة مئوية. وتقليل الاعتماد على أسمدة النيتروجين يسهم في خفض التكاليف وتحسين الاستدامة البيئية.

وقالت الباحثة شان لي من جامعة نانجينج: "جين WRINKLED1a يساعد الأرز على تجاوز المفاضلة التقليدية بين نمو الجذور والسيقان عند نقص النيتروجين، مما يضمن استقرار الغلة مع مدخلات أقل من السماد". وأكد الباحثون أن الخطوة التالية هي دراسة الجينات المماثلة في محاصيل أخرى مثل القمح والذرة لتحقيق نتائج مماثلة.