From Staminate Flower Induction to Seed Harvest: Feminised Seed Production in Cannabis sativa

في عالم تربية النباتات، غالبًا ما يكون الهدف هو إنتاج نسل يحمل أفضل السمات من والديه، حيث يجمع بين قوة أحدهما ونكهة الآخر. بالنسبة لمعظم المحاصيل، تعد هذه عملية مباشرة تتمثل في أخذ حبوب اللقاح من نبات ذكر ووضعها على الزهرة الأنثوية لشريك مختار. ومع ذلك، يمثل نبات القنب لغزًا بيولوجيًا فريدًا؛ فهو نبات ثنائي المسكن (dioecious)، مما يعني أن النباتات الفردية تكون إما ذكرًا أو أنثى بشكل متميز، والمنتج التجاري — وهو الزهرة — يوجد فقط في النباتات الأنثوية. وفي البيئة التجارية، يعد وجود حتى نبات ذكر واحد كارثة، لأن حبوب لقاحه ستخصب الإناث، مما يؤدي إلى إنتاج بذور بدلاً من الأزهار الكثيفة والخالية من البذور التي يتم حصادها. هذا الفصل الصارم يجعل التربية التقليدية صعبة، حيث لا يستطيع العلماء بسهولة تهجين اثنين من النباتات الأنثوية المتميزة لإنشاء صنف جديد ومحسن دون إدخال جينات ذكرية أو المخاطرة بإنتاج بذور غير مرغوب فيها.

ولحل هذه المعضلة، سعى الباحثون منذ فترة طويلة لإيجاد طريقة لتغيير جنس النبات الأنثوي مؤقتًا، وإقناعه بإنتاج حبوب اللقاح دون تغيير شفرته الوراثية. تعتمد هذه العملية على معالجة كيميائية تقطع الإشارات الهرمونية الطبيعية للنبات، وتحديدًا عن طريق حظر هرمون يسمى الإيثيلين، وهو ضروري لتطور الأزهار الأنثوية. عندما يتم إسكات هذه الإشارة في اللحظة المناسبة، يغير النظام التكاثري للنبات مساره، ويبدأ في نمو أزهار ذكرية بدلاً من الأنثوية. وبينما كانت هذه الفكرة معروفة منذ فترة، إلا أن تطبيقها العملي كان غير متسق، حيث فشلت محاولات عديدة في إنتاج كمية كافية من حبوب اللقاح القابلة للحياة أو أدت إلى نباتات مجهدة للغاية لدرجة تمنعها من العمل بشكل سليم. كان التحدي يكم يتمثل في تحويل خدعة مخبرية إلى طريقة موثوقة على نطاق صناعي لإنتاج بذور "مؤنثة" — وهي بذور أنثوية وراثيًا ولكنها ناتجة عن تهجين بين والدين من جنس الإناث.

لقد نجح فريق من الباحثين في "أجريكلتشر فيكتوريا" (Agriculture Victoria) الآن في سد هذه الفجوة من خلال تطوير نظام كامل وخطوة بخطوة لإنتاج هذه البذور. يتجاوز عملهم مجرد التطبيق الكيميائي البسيط لإنشاء سير عمل كامل، بدءًا من النمو الأولي للنباتات وصولًا إلى الحصاد النهائي للبذور. تبدأ العملية بأخذ عقل من نبات أنثوي واحد عالي الجودة وزراعته في بيئة محكومة. يدير الباحثون بعناية شكل هذه النباتات، حيث يقومون بتقليمها لتشجيع بنية تفرع محددة تضمن وصول الرذاذ الكيميائي إلى كل جزء من المظلة الخضرية. هذا التحضير أمر بالغ الأهمية، إذ يجب أن تكون النباتات قوية بما يكفي لتحمل المعالجة مع بقائها متاحة للعمل الدقيق الذي يلي ذلك.

بمجرد أن تصبح النباتات جاهزة، يطبق الفريق محلول ثيوسلفات الفضة، وهو خليط كيميائي يحفز تغيير الجنس. ليس هذا حدثًا لمرة واحدة، بل هو حمل مستمر؛ حيث يتم رش النباتات ثلاث مرات في الأسبوع لعدة أسابيع، بدءًا من اللحظة التي تبدأ فيها الأزهار في التكون. التوقيت أمر حاسم؛ إذ يجب تطبيق الرذاذ في الظلام أو تحت ضوء خافت لأن المادة الكيميائية تتحلل بسرعة عند تعرضها للضوء الساطع. ومع مرور الأساب "، تمر الأزهار الأنثوية في النباتات المعالجة بتحول مرئي؛ فبدلاً من تطوير الهياكل الشعيرية اللزجة المستخدمة لالتقاط حبوب اللقاح، تنتفخ الأزهار وتبدأ في تكوين أكياس صغيرة مستديرة تحتوي على حبوب اللقاح. هذه الأكياس، التي تبدو مختلفة عن تلك الموجودة في النباتات الذكرية الطبيعية، تصبح صفراء في النهاية وتنفجر، مطلقة سحابة من حبوب اللقاح القابلة للحياة.

وجد الباحثون أنه للحصول على كمية كافية من حبوب اللقاح لبرنامج تهجين ناجح، كانوا بحاجة إلى رش النباتات بشكل متكرر على مدار فترة تترا-وح من ثلاثة إلى أربعة أسابيع. قاموا بحصاد حبوب اللقاح عن طريق جمع الأكياس بلطف وهزها عبر مناخل دقيقة لفصل الحبيبات عن المادة النباتية. ثم تم تخزين حبوب اللقاح هذه في مجمد (فريزر) للحفاظ على حيويتها حتى وقت الحاجة إليها. تضمنت المرحلة التالية أخذ هذه الحبيبات المخزنة وتوزيعها يدويًا باستخدام فرشاة على مياسم نباتات أخرى لم تخضع للمعالجة. تمت زراعة هذه النباتات المستقبلة بالتوازي، بحيث تم ضبط توقيت جاهزية أزهارها لاستقبال حبوب اللقاح بالتزامن مع إنتاج النباتات المانحة لها. ومن خلال استخدام فرشاة ناعمة لتطبيق حبوب اللقاح مباشرة، ضمن الفريق أن عملية التلقيح الخلطي كانت دقيقة وأنه لم يحدث أي تلوث غير مرغوب فيه.

كانت نتائج هذه الطة مذهلة؛ فمن ثلاثة نباتات مستقبلة فقط تم تلقيحها باستخدام هذه التقنية، حصد الفريق حوالي 3,000 بذرة. يثبت هذا العائد أن الطريقة ليست سليمة علميًا فحسب، بل هي عملية أيضًا لإنتاج الكميات الكبيرة من البذور اللازمة لبرامج التهجين. كانت البذور المنتجة جميعها أنثوية، مما يؤكد أن المادة الوراثية جاءت بالكامل من الوالدين الأنثويين. لاحظ الباحثون أنه بينما أظهرت النباتات المانحة المعالجة علامات إجهاد، مثل اصفرار الأوراق، إلا أن هذا كان جزءًا طبيعيًا من العملية ولم يمنع التكوين الناجح لحبوب اللقاح. في الواقع، كان الإجهاد علامة على أن المعالجة الكيميائية تعمل بفعالية لتثبيط الأعضاء التناسلية الأنثوية وتوجيه طاقة النبات نحو إنشاء الهياكل الذكرية.

تمثل هذه الدراسة خطوة مهمة للأمام في صناعة القنب من خلال توفير إطار عمل موثوق لإنشاء أصناف هجينة متميزة. قبل هذا العمل، كان المربون يعانون غالبًا من عدم القدرة على التنبؤ بتغيير الجنس أو نقص الطريقة الموحدة لإنتاج البذور بكميات كبيرة. يوفر البروتوكول الجديد مسارًا واضحًا لتوليد بذور متجانسة وراثيًا، والتي يمكن تخزينها لفترات طويلة واستخدامها لزراعة نباتات مطابقة لوالديها. وهذا يمثل ميزة كبيرة مقارنة بالمعيار الحالي في الصناعة المتمثل في استنساخ النباتات من العقل، وهي عملية مجهدة للعمالة وتحمل خطرًا أعلى للإصابة بالأمراض. ومن خلال تمكين إنشاء البذور من اثنين من النباتات الأنثوية، تسمح هذه الطريقة للمربين بتثبيت السمات المرغوبة وإنشاء هجن جديدة بدقة أكبر. ويشير العمل إلى أنه باستخدام هذه الأداة، يمكن أخيرًا فتح آفاق التهجين العلمي للقنب، ونقله من حالة التكاثر اليدوي إلى نظام زراعي أكثر تقدمًا يعتمد على البذور.