كيف أدى الخبز والقمح إلى ظهور حضارة تضم 8 مليارات نسمة
ستساعد البيانات الخبراء على اكتشاف جينات جديدة مقاومة للأمراض لحماية محاصيل القمح من التهديدات الزراعية طويلة الأمد
كشفت دراسة دولية كبرى عن رؤى جديدة حول الدور المحوري الذي لعبه قمح الخبز في تحويل العالم القديم، ليصبح في نهاية المطاف المحصول الأيقوني الذي يدعم سكان العالم البالغ عددهم ثمانية مليارات نسمة اليوم.
وقال براندي وولف، باحث القمح في جامعة الملك عبد الله للعلوم والتقنية (كاوست) وأحد المؤلفين الرئيسيين للدراسة: “إن نتائجنا تسلط الضوء على حدث بارز في حضارتنا أدى إلى خلق نوع جديد من الزراعة، وسمح للبشر بالاستقرار وتشكيل المجتمعات”.
نُشرت الدراسة في مجلة Nature .
أهمية التعاون العالمي
وقال كريستوبال أووي، أحد مؤلفي الدراسة وقائد المجموعة في مركز جون إينيس، إن هذا العمل يوضح أهمية التعاون العالمي وتبادل البيانات والبذور بين البلدان، مضيفا “يمكننا تحقيق الكثير من خلال الجمع بين الموارد والخبرات عبر المعاهد وعبر الحدود الدولية”.
سر نجاح خبز القمح
وتشير الأبحاث التي أجراها اتحاد القمح البري المفتوح (OWWC) إلى التنوع الجيني لعشب بري يسمى Aegilops tauschii باعتباره السر في نجاح قمح الخبز.
القمح الخبزي هو هجين من ثلاثة أعشاب برية، يحتوي على ثلاثة جينومات (أ، ب، د) داخل نبات معقد واحد. Aegilops tauschii ، وهو عشب غير ملحوظ، زود القمح الخبزي بجينومه D عندما هجن مع قمح المعكرونة المزروع في وقت مبكر في الهلال الخصيب بين ثمانية آلاف وأحد عشر ألف عام مضت.
وقد أشعل هذا التهجين العشوائي بالقرب من جنوب بحر قزوين ثورة زراعية، وسرعان ما انتشر زراعة قمح الخبز عبر مناخات وتربة متنوعة، حيث تبنى المزارعون بشغف هذا المحصول الجديد الديناميكي المعروف بمحتوى الجلوتين العالي الذي ينتج عجينة أكثر مرونة وتهوية مثالية لصنع الخبز.
الانتشار السريع للقمح الخبز
لقد حير الانتشار السريع للقمح الخبز عبر مثل هذا النطاق الجغرافي الواسع الباحثين منذ فترة طويلة.
لا يوجد قمح الخبز في البرية، وقد أدى حدث التهجين الذي أدخل جينوم D إلى جينومات A وB الموجودة في النبات إلى خلق عنق زجاجة وراثي، مما أدى إلى تقليل التنوع الجيني للأنواع الجديدة بشكل كبير مقارنة بالأعشاب البرية المحيطة.
علاوة على ذلك، فإن القمح نوع من أنواع التزاوج الداخلي، أي أنه يلقح نفسه ذاتيًا، وهو ما يشير عادة إلى أن قمح الخبز قد يكافح من أجل النمو خارج بيئته الأصلية في الهلال الخصيب، فكيف إذن أصبح القمح منتشرًا على نطاق واسع ومهيمنًا عالميًا؟
تركيز البحث
ولحل هذا اللغز، قام فريق البحث الدولي بتجميع لوحة تنوع مكونة من 493 عينة فريدة تمتد على النطاق الجغرافي لـ Aegilops tauschii ، من شمال غرب تركيا إلى شرق الصين.
من هذه اللوحة، اختار الباحثون 46 عينة تعكس سمات الأنواع والتنوع الجيني لإنشاء Pangenome خريطة جينية شاملة – لـ Aegilops tauschii .
وباستخدام هذا البانجينوم، قاموا بمسح 80 ألف صنف محلي من قمح الخبز- أصناف متكيفة محليًا – يحتفظ بها المركز الدولي لتحسين الذرة والقمح (CIMMYT) وتم جمعها من جميع أنحاء العالم.
التنوع الوراثي لخبز القمح
وكشفت البيانات، أن ما يقرب من 75% من جينوم القمح الخبزي D مشتق من سلالة (L2) من Aegilops tauschii التي نشأت في جنوب بحر قزوين، أما النسبة المتبقية البالغة 25% من جينوم D فتأتي من سلالات عبر نطاق الأنواع.
وأشار سيمون كراتينجر، المؤلف المشارك في الدراسة، إلى أن هذا التدفق بنسبة 25% من المواد الوراثية من سلالات أخرى من طاوسكي ساهم في نجاح قمح الخبز وحدده.
“من دون التنوع الجيني الذي يجلبه هذا التنوع، فمن المرجح أننا لم نكن لنتناول الخبز على النطاق الذي نتناوله اليوم، وإلا لكان قمح الخبز اليوم محصولاً إقليمياًـ مهماً لمنطقة الشرق الأوسط ـ ولكنني أشك في أنه كان ليصبح محصولاً مهيمناً عالمياً من دون هذه المرونة التي مكنت قمح الخبز من التكيف”، كما يقول كراتينجر.
سلالة مميزة
كانت دراسة سابقة أجراها مركز أبحاث القمح العالمي قد كشفت عن وجود سلالة مميزة من Aegilops tauschii ، المعروفة باسم L3، والتي تقتصر جغرافيًا على جورجيا الحالية في منطقة القوقاز- على بعد حوالي 500 كيلومتر من الهلال الخصيب، تُعد سلالة L3 هذه مهمة لأنها ساهمت في أفضل جين معروف لجودة العجين في قمح الخبز.
في هذه الدراسة، افترض الباحثون، أنه إذا تم إدخال هذا الجين إلى قمح الخبز بطريقة مماثلة لكيفية دمج الحمض النووي للإنسان البدائي في الجينوم البشري، فسوف يجدون سلالات محلية في مجموعات CIMMYT تحتوي على نسبة أعلى من هذا النسل L3 .
أظهرت بياناتهم، أن سلالات القمح المحلية التي تم جمعها من منطقة جورجيا تحتوي على 7% من التداخلات L3 في جينوماتها – أي ما يزيد سبع مرات عن سلالات القمح الخبز المحلية التي تم جمعها من الهلال الخصيب.
وقال كراتينجر “لقد استخدمنا عينات L3 tauschii كحقل تجارب لتتبع وتتبع التهجينات باستخدام 80 ألف سلالة محلية من قمح الخبز” .
وأضاف، “إن البيانات تدعم بشكل جميل صورة حيث ظهر قمح الخبز في جنوب بحر قزوين، ثم مع الهجرة والتوسع الزراعي وصل إلى جورجيا، حيث أدى تدفق الجينات والتهجين مع سلالات L3 الغريبة والمتميزة وراثيًا والمقيدة جغرافيًا إلى تدفق مادة وراثية جديدة.”
“وهذا هو أحد الجوانب الجديدة في دراستنا، وهو يؤكد أنه باستخدام مواردنا الجديدة، يمكننا تتبع ديناميكيات هذه التداخلات في قمح الخبز.”
التأثيرات الأوسع للدراسة
وبعيداً عن حل هذا اللغز البيولوجي القديم، فإن الجينوم الجرثومي والبلازما الجرثومية الجديدة مفتوحة المصدر لـ Aegilops tauschii التي أتاحتها OWWC يتم استخدامها بالفعل من قبل الباحثين والمربين في جميع أنحاء العالم.
ستساعد البيانات الخبراء على اكتشاف جينات جديدة مقاومة للأمراض من شأنها حماية محاصيل القمح من التهديدات الزراعية طويلة الأمد مثل صدأ القمح.
كما يقوم الباحثون باستخراج الجينات المقاومة للمناخ من هذا النوع من الأعشاب البرية والتي يمكن تهجينها في أصناف قمح النخبة.
في مركز جون إينيس، عمل الباحثون بشكل وثيق مع زملاء من جامعة الملك عبدالله للعلوم والتقنية، مستخدمين مناهج المعلوماتية الحيوية لتتبع مستويات الحمض النووي التي يساهم بها سلالة L3 من Aegilops tauschii في قمح الخبز .
واختتم أواوي حديثه قائلاً: “تسلط الدراسة الضوء على أهمية الحفاظ على الموارد الوراثية مثل وحدة موارد البلازما الوراثية الممولة من مجلس البحوث البيولوجية والبيئية هنا في مركز جون إينيس، والتي تحافظ على مجموعات تاريخية من الأعشاب البرية التي يمكن استخدامها لتربية سمات قيمة مثل مقاومة الأمراض ومقاومة الآفات في القمح الحديث”.
