A conserved tetrapolar mating system permits sexual hybridization and recombinant host phenotypes in wheat- and barley-adapted Puccinia striiformis
على الرغم من التخصص المضيفي الكبير والتمايز على مستوى الجينوم بين فطر *Puccinia striiformis* المتكيف مع القمح والشعير، فإن نظام تزاوج رباعي الأقطاب محفوظ على العائل البديل *Berberis vulgaris* يتيح تهجيناً جنسياً ينتج ذرية حيوية ذات ملفات تفاعل مع العائل جديدة ومعاد تجميعها.
البحث الأصلي مرخَّص بموجب CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). هذا شرح مولَّده بالذكاء الاصطناعي لبحث مسبق لم يخضع لمراجعة الأقران. وهو ليس نصيحة طبية. لا تتخذ أي قرارات تتعلق بصحتك بناءً على هذا المحتوى. اقرأ إخلاء المسؤولية الكامل
غالبًا ما تتخصص الفطريات التي تصيب المحاصيل في نوع واحد من النباتات، حيث تتطور لتصبح خبيرة في مهاجمة القمح أو الشعير، لكنها تفشل في البقاء على النوع الآخر. يعمل هذا التخصص كحاجز، مما يبقي مجموعات الفطريات المختلفة منفصلة ويمنع اختلاط جيناتها. ومع ذلك، تمتلك العديد من مسببات الأمراض النباتية هذه دورة حياة جنسية خفية تحدث على نوع مختلف تمامًا من النباتات، غالبًا ما يكون شجيرة أو شجرة، بعيدًا عن حقول الحبوب. وعلى هذا المضيف البديل، يمكن للفطريات أن تتزاوج وتنتج ذرية. وقد تساءل العلماء لفترة طويلة عما إذا كان التخصص الصارم المشهود في الحقول عميقًا لدرجة تمنع هذه الفطريات من التزاوج حتى عندما تلتقي على الشجيرة المشتركة. فإذا كانت الحواجز قوية بما يكفي، فلن تتمكن المجموعتان من إنتاج ذرية قابلة للحياة، مما يجعلهما نوعين منفصلين فعليًا. أما إذا كانت الحواجز ضعيفة، فيمكنهما الاختلاط، مما يخلق تركيبات جديدة من السمات قد تسمح لهما بإصابة محاصيل لم يكن بإمكانهما لمسها من قبل.
في دراسة حديثة، سعى الباحثون لاختبار هذا الاحتمال باستخدام شكلين متقاربين ولكن متخصصين في المضيف من فطر صدأ الخطوط. أحد هذين الشكلين، المعروف باسم صدأ خطوط القمح، يصيب القمح ولكن ليس الشعير. والآخر، صدأ خطوط الشعير، يصيب الشعير ولكن ليس القمح. وبالرغم من عاداتهما المختلفة في الحقول، يستخدم كلا الشكلين شجيرة شائعة تسمى "البربريس" كمكان للتكاثر الجنسي. وقد جمع الباحثون هذين الشكلين الفطريين المتميزين في تجربة منضبطة على نباتات البربريس لمعرفة ما إذا كان بإمكانهما التزاوج. ووجدوا أن هذين الشكلين، المتخصصين في محاصيل مختلفة، كانا قادرين بالفعل على التهجين. وقد أنتج التزاوج ثمانية عشر نسلًا قابلًا للحياة، مما أثبت أن الحواجز الجينية بينهما ليست كاملة. وتعد هذه النتيجة مهمة لأنها تظهر أنه على الرغم من اختلاف سلوك هذه الفطريات في الحقول، إلا أنها تحتفظ بالآلية البيولوجية لخلط جيناتها عندما تتاح لها الفرصة.
ثم فحص الباحثون التركيبة الجينية لهذه الذرية الجديدة لفهم كيفية عمل التزاوج. واكتشفوا أن الفطريات تستخدم نظامًا محددًا لتحديد التوافق، يتضمن مفتاحين جينيين منفصلين يقعان على كروموسومات مختلفة. ولكي يحدث التزاوج، يجب أن يمتلك الشريكان نسخًا مختلفة من هذه المفاتيح. وقد أكدت الدراسة أن الأبوين المتكيفين مع القمح والمتكيفين مع الشعير امتلكا نسخًا متوافقة من هذه المفاتغات، مما سمح لهما بالاندماج والتكاثر. علاوة على ذلك، ورثت الذرية مزيجًا من هذه المفاتيح من كلا الوالدين، مما نتج عنه أربعة تركيبات جينية مختلفة. وأكد هذا النمط أن التزاوج اتبع القواعد المتوقعة للتكاثر الجنسي، حيث يتم خلط الجينات من كلا الوالدين ونقلها إلى الجيل التالي.
ولعل النتيجة الأكثر إثارة للدهشة كانت ما حدث عندما تم اختبار هذه الفطريات الهجينة الجديدة ضد نباتات القمح والشعير. فالوالدان الأصليان كانا متخصصين بدقة: فشكل القمح لم يستطع إصابة الشعير، وشكل الشعير لم يستطع إصابة القمح. ومع ذلك، أظهرت الذرية الهجينة سلوكًا جديدًا. فقد استطاع بعض الهجن إصابة كل من القمح والشعير، وهي سمة لم يمتلكها أي من الوالدين. كما استطاع آخرون إصابة مزيج من أصناف القمح والشعير التي لم يستطع الوالدان الوصول إليها. يشير هذا إلى أنه من خلال دمج المادة الجينية لوالدين متخصصين، يمكن للفطر توليد قدرات جديدة للتغلب على دفاعات النبات. ولم تجد الدراسة أن الهجن أصبحت "فائقة العدوى" في جميع النباتات؛ بل أظهرت مجموعة من القدرات الجديدة، حيث أصابت أحيانًا أصنافًا محددة من كلا المحصولين.
يُظهر هذا العمل أن الانفصال بين هاتين المجموعتين الفطريتين ليس مطلقًا. فبينما تطورا للتخصص في محاصيل مختلفة، لم يفقدا القدرة على التعرف على بعضهما البعض كشركاء للتزاوج أو إنتاج ذرية سليمة عند لقائهما على مضيفهما الجنسي المشترك. وقد أظهر الباحثون أن هذا الاختلاط الجنسي يمكن أن يخلق تركيبات جينية جديدة تغير كيفية تفاعل الفطر مع نباتاته المضيفة. وفي سياق حماية المحاصيل، يعني هذا أن تطور التهديدات الفطرية الجديدة قد لا يأتي دائمًا من تغييرات بطيئة وتدريجية داخل مجموعة واحدة، بل إن اللقاء العرضي لمجموعات متخصصة مختلفة على مضيف بري يمكن أن ينتج فجأة هجنًا ذات القدرة على الوصول إلى محاصيل لم يكن بإمكانها الوصول إليها سابقًا. توفر الدراسة دليلًا مباشرًا على أن التخصص في المضيف والقدرة على الاختلاط الجنسي يمكن أن يتعايشا، مما يبقي الباب مفتوحًا لظهور سلالات فطرية جديدة.
غارق في أبحاث مجالك؟
تصلك نشرة يومية بأحدث الأبحاث المطابقة لكلماتك البحثية المفتاحية — مع ملخصات تقنية، بلغتك.