شجرة عائلة التفاح.. خريطة كنز للفواكه الأكثر طعمًا وقوة تشمل 30 نوعاً.. عمرها 56 مليون عام
جينومات التفاح.. العثور على مناطق الجينوم المرتبطة بصفات محددة وتوثيق تكرار الجينوم الكامل والتهجين بين الأنواع
دراسة شاملة تشمل الجينات المرتبطة بتحمل البرد ومقاومة مسببات الأمراض المنتشرة على نطاق واسع في التفاح البري القوي
أصناف التفاح الكثيرة والمتنوعة الطعم تُخفي حقيقةً أعمق، تشترك جميعها تقريبًا في سلالة تمتد لعشرات ملايين السنين، مع ذلك، حتى وقت قريب، لم يكن لدى العلماء سوى فهمٍ محدودٍ لكيفية تنوع هذه الأنواع الأسلاف، وتبادل جيناتها، أو صمودها في وجه العصور الجليدية وتغير القارات.
تغير دراسة جديدة شاملة هذا الأمر، حيث كشفت عن أطلس جيني مفصل لـ 30 نوعًا من جنس Malus – وزودت المربين بخريطة كنز للفواكه الأكثر طعمًا وقوة.
نُشرت الدراسة في مجلة Nature Genetics .
وقال هونج ما، الخبير في تطوير النبات وتطوره في جامعة ولاية بنسلفانيا وأحد المؤلفين الرئيسيين للدراسة: “هناك ما يقرب من 35 نوعًا في جنس Malus ، ولكن على الرغم من أهمية التفاح كمحصول فاكهة، لم تكن هناك دراسة موسعة حول كيفية تطور جينومات هذه المجموعة”.
وأضاف “في هذه الدراسة، تمكنا من البحث بعمق في جينومات التفاح ، وإنشاء شجرة عائلة التفاح ، وتوثيق الأحداث مثل تكرار الجينوم الكامل والتهجين بين الأنواع، والعثور على مناطق الجينوم المرتبطة بصفات محددة، مثل مقاومة مرض جرب التفاح.”
التطور المعقد للتفاح
ولإعادة بناء شجرة العائلة، قام ما ومجموعة دولية من الباحثين بتسلسل وتجميع الجينومات عالية الجودة من 30 نوعًا من فاكهة التفاح ، بما في ذلك النوع الشهير “الذهبي اللذيذ”.
عشرون من هذه الأنواع ثنائية الصبغيات – تمتلك نسختين من كل كروموسوم، كما هو الحال في البشر – في حين أن العشرة المتبقية متعددة الصبغيات، تحمل ثلاث أو أربع نسخ بفضل أحداث التهجين الحديثة نسبيًا.
بمقارنة ما يقرب من ألف جين مشترك بين هذه المجموعة، تتبع الفريق جذور الجنس إلى آسيا قبل حوالي 56 مليون سنة.
ومن هذا الأصل الأصيل، انتشرت السلالات إلى الخارج، واندمجت أحيانًا في دفعات هجينة خلّفت وراءها أنماطًا دالة من الحمض النووي المكرر .
وتؤدي هذه التكرارات، المعروفة باسم أحداث تكرار الجينوم الكامل، إلى تعقيد الجهود المبذولة لمواءمة الكروموسومات من نوع إلى آخر – مثل مقارنة ألبومين من القصاصات تم إعادة ترتيب صورهما عدة مرات.
وأوضح ما أن “التاريخ التطوري لهذا الجنس معقد للغاية، مع وجود العديد من الأمثلة على التهجين بين الأنواع وحدث تكرار الجينوم الكامل المشترك مما يجعل المقارنات صعبة”، قائلا “إن الحصول على جينومات عالية الجودة لمثل هذا العدد الكبير من الأنواع في الجنس وفهم العلاقات فيما بينها سمح لنا بالبحث بشكل أعمق في كيفية تطور الجنس.”
استكشاف جينات التفاح
قد تُغفل مقارنات الجينوم القياسية اختلافات جوهرية عندما يقتصر الباحثون على عدد قليل من الأفراد.
ولتوسيع نطاق البحث، طوّر الفريق ما يُطلق عليه علماء الوراثة ” الجينوم الشامل” – وهو مرجع مُركّب يُصنّف الجينات المُشتركة بين جميع الأنواع الثلاثين، والتي تظهر في مجموعة فرعية فقط.
كما قاموا بتسجيل الجينات القافزة، والتي يمكن أن تنسخ نفسها أو تلصق نفسها في مواقع كروموسومية جديدة، وإعادة ترتيب التعليمات الجينية على طول الطريق.
وقال ما: “كان استخدام الجينوم الشامل لـ 30 نوعًا قويًا في اكتشاف التباين الهيكلي، بالإضافة إلى تكرار الجينات وإعادة ترتيبها، بين الأنواع التي قد يتم تفويتها من خلال مقارنات عدد قليل فقط من الجينومات”.
وأضاف “في هذه الحالة، سمح لنا أحد المتغيرات البنيوية المكتشفة بتحديد جزء الجينوم المرتبط بمقاومة جرب التفاح، وهو مرض فطري يصيب التفاح في جميع أنحاء العالم.”
الجينات الانتقائية في التفاح البري
إلى جانب الخصائص الهيكلية الغريبة، حرص الباحثون على تحديد مناطق الحمض النووي التي انتشرت بسرعة بين المجموعات السكانية لأنها تمنحها أفضلية البقاء – ما يُسمى بالمسح الانتقائي.
ولتحقيق ذلك، صمموا أداة حاسوبية مصممة خصيصًا لجميع الجينومات.
أحد اكتشافاتهم: دراسة شاملة تشمل الجينات المرتبطة بتحمل البرد ومقاومة مسببات الأمراض المنتشرة على نطاق واسع في التفاح البري القوي، ولكنها عادة ما تكون مفقودة في الأصناف التجارية الأكثر عصارة.
وأشار ما إلى أنه “من المحتمل أنه في إطار الجهود المبذولة لإنتاج أفضل الفاكهة مذاقًا، كان هناك انخفاض غير مقصود في قدرة التفاح المستأنس على التحمل”.
يبدو أن هذا الاكتشاف يحمل إرثًا وراثيًا يؤثر على كيمياء الفاكهة، وبالتالي على نكهتها.
وهذا يطرح تحديًا مثيرًا في مجال التربية: هل يستطيع العلماء كسر الرابط الجيني بحيث تحافظ الأصناف المستقبلية على مقاومة قوية للأمراض دون المساس بحلاوتها أو رائحتها؟
شجرة عائلة التفاح الأكبر حجمًا مهمة
تربية التفاح الحديثة مسعىً طويل الأمد، عادةً ما يتطلب إيجاد شتلات تفاح مرشحة تجمع بين الحلاوة والقرمشة ومدة الصلاحية ومقاومة الأمراض، فحص آلاف الشتلات في البساتين قبل ظهور تهجين واعد واحد.
يمكن لخريطة جينية مفصلة أن تُغير هذا النموذج، مما يُمكّن المُربّين من التنبؤ بالصفات المرغوبة داخل المختبر قبل سنوات من إثمار الأشجار.
كما أن معرفة الخلفية التطورية الكاملة تُساعد في حماية الأنواع البرية التي قد تُنقذ المحصول من تقلبات المناخ المُستقبلية.
السمات مثل تحمل الجفاف، ومقاومة الآفات، أو القدرة على تحمل البرد غالبا ما تبقى في الأنواع النائية التي لم يتم استغلالها بعد من خلال التربية التجارية – ولكن إذا أدى فقدان الموائل أو الأمراض إلى محو بنوك الجينات البرية هذه، فإن إنقاذ التفاح المستأنس يصبح أكثر صعوبة.
جينات التفاح: بساتين الجيل القادم
في الوقت الحالي، يخطط ما وزملاؤه لتحسين الجينوم الشامل الخاص بهم، بإضافة حفنة من أنواع Malus التي لم يتم تسلسلها بعد واستكشاف كيفية تأثير كل تكرار أو إعادة ترتيب على كل شيء من بنية الشجرة إلى محتوى السكر.
ويأمل الباحثون أيضًا في مشاركة خط الأنابيب التحليلي الخاص بهم حتى يتمكن الباحثون الآخرون في المحاصيل – من القمح إلى الحمضيات – من تحديد الأصول الجينية المخفية في عائلات نباتاتهم.
وقال ما: “إن فهم الاختلافات البنيوية في جينومات Malus ، والعلاقات بين الأنواع وتاريخ تهجينها باستخدام تحليل الجينوم الشامل يمكن أن يساعد في توجيه جهود التربية المستقبلية بحيث يمكن الاحتفاظ بالسمات المفيدة للطعم الجيد ومقاومة الأمراض في التفاح”.
لقد سلكت هذه التفاحة المتواضعة طريقًا وراثيًا متعرجًا على مدى 56 مليون عام، ومع هذه الخريطة الجديدة، سيجني المربون – وربما المستهلكون – حصادًا أغنى وأكثر قدرة على الصمود من تلك الرحلة القديمة.
