WiDiPo: A Collection of Wild Diploid Potato for Enhancement of Breeding Germplasm

تخيل البطاطس كأنها نجمة عالمية، خضار يتميز بتنوع هائل لدرجة أنه يمكن أن يكون مقلياً، أو مهروساً، أو رقائق بطاطس. ولكن خلف هذه الشهرة في عالم الطهي تكمن أزمة جينية. معظم البطاطس التي نأكلها اليوم تشبه جوقة من التوائم المتطابقة؛ فهي جميعاً تشترك في نفس المجموعات الأربع من الكروموسومات وتعود شجرة عائلتها إلى مجموعة صغيرة جداً من الأسلاف. هذا النقص في التنوع أمر خطير. فإذا ظهر مرض جديد أو حشرة يمكنها هزيمة حبة بطاطس واحدة، فمن المرجح أن تهزمها جميعاً. ومع ذلك، تمتلك الطبيعة مكتبة احتياطية ضخمة. ففي أعالي الجبال والصحاري في الأمريكتين، تعيش أقارب البطاطس البرية، وهي تتطور لتكتسب "قوى خارقة" فريدة للبقاء على قيد الحياة. هؤلاء الأقارب البريون يشبهون صندوق كنز من "الأدوات" الجينية—جينات لمحاربة الحشرات، ومقاومة التعفن، والنجاة من الطقس القاسي. المشكلة هي أن العلماء لفترة طويلة حاولوا استخدام هؤلاء الأقارب البريين عبر التعامل معهم كصندوق غامض. كانوا يأخذون كيساً من البذور البرية، ويزرعونها، ويأملون في العثند على الفائز. ولكن نظرًا لأن كل بذرة في ذلك الكيس هي فرد مختلف بتركيبة جينية مختلفة، فإن الأمر يشبه محاولة العثور على إبرة محددة في كومة قش حيث تغير الإبر شكلها في كل مرة تنظر إليها.

هنا يأتي نهج جديد، نهج لا يعامل هذه البطاطس البرية كحشد ضبابي، بل كقائمة من اللاعبين المعروفين والمحددين. فقد أنشأ فريق من الباحثين من وزارة الزراعة الأمريكية (USDA) مجموعة خاصة تسمى "WiDiPo" (البطاطس ثنائية الصيغة الصبغية البرية - Wild Diploid Potato). فكر في هذا الأمر كتحويل الصندوق الغامض إلى شاشة اختيار شخصيات لعبة فيديو مفصلة. فبدلاً من كيس من البذور المختلطة، لديهم أكثر من 200 مستنسخ فردي من البطاطس، كل منها يمثل بصمة جينية فريدة من 10 أنواع برية مختلفة. لقد منحوا كل مستنسخ اسماً، ورسموا خريطة لحمضه النووي، وأخضعوه لـ "معسكر تدريبي" صارم لمعرفة القوى الخارقة التي يمتلكها بالضبط. والهدف هو تسهيل الأمر على مربي البطاطس لاختيار البطل البري المثالي للتعاون مع بطاطسنا المستأنسة الحديثة، لإنشاء أصناف جديدة أكثر قوة، وألذ طعماً، وجاهزة للمستقبل.

مجموعة WiDiPo: قائمة أبطال البطاطس

بدأ الباحثون باختيار 10 أنواع مختلفة من البطاطس البرية التي تتوافق مع النسخة ثنائية الصيغة الصبغية (ذات مجموعتين من الكروموسومات) من بطاطسنا المزروعة. لم يجمعوا بذوراً عشوائية فحسب؛ بل اختاروا 10 "مدخلات" محددة (مجموعات من البذور من موقع معين) لكل نوع، بإجمالي 100 مجموعة بداية. ومن خلال هذه المجموعات، قاموا بزراعة نباتات فردية واختاروا أفضل الأداء منها. وفي النهاية، بنوا مكتبة تضم أكثر من 200 مستنسخ فردي.

لماذا كل هذا العناء؟ لأن البطاطس البرية "فوضوية". فكيس واحد من البذور من نبات بري يحتوي على عشرات الأفراد الجينيين المختلفين. إذا قمت بفحص ذلك الكيس بحثاً عن مقاومة المرض، فقد تجد نباتاً مقاوماً في عام ما، ولكن إذا زرعت الجيل التالي من نفس الكيس، فقد تختفي المقاومة لأن البذور لم تكن متطابقة. ومن خلال عزل واستنساخ هذه النباتات (صنع نسخ جينية متطابقة تماماً)، يتم تثبيت هذه السمات. الآن، يمكن للمربي أن يقول: "أحتاج إلى بطاطس تقاوم اللفحة المبكرة"، ويبحث بدقة عن أي مستنسخ من WiDiPo يمتلك هذه القوة، بدلاً من التخمين.

المعسكر التدريبي: اختبار القوى الخارقة

أخضع الفريق أكثر من 200 مستنسخ لسلسلة من الاختبارات المكثفة لمعرفة قدراتهم. وقد بحثوا في أربعة مجالات رئيسية: مقاومة الأمراض، مقاومة الآفات، القدرة على التكاثر، والتركيبة الجينية.

1. مقاتلو الأمراض (اللفحة المبكرة والمتأخرة)
تتعرض البطاطس باستمرار لهجمات الفطريات. اثنان من أكبر الأشرار هما اللفحة المبكرة واللفحة المتأخرة. اللفحة المتأخرة هي نفس الفطر الذي تسبب في مجاعة البطاطس الأيرلندية، ويمكنها القضاء على حقول بأكملة. أما اللفحة المبكرة فهي مرض شائع يصيب الأوراق ويقلل من جودة المحصول.

• النتائج: وجد الفريق أن المقاومة تختلف بشكل كبير، حتى داخل النوع الواحد. بعض المستنسخات كانت ضعيفة جداً، بينما كانت أخرى بمثابة "دبابات".
  • اللفحة المبكرة: كان نوع Solanum raphanifolium متميزاً، حيث أظهر مقاومة ثابتة عبر العديد من المستنسخات. أظهرت أنواع أخرى مثل S. microdontum و S. brevicaule مزيجاً من المستنسخات شديدة المقاومة وشديدة الحساسية. ومن المثير للاهتمام أن S. infundibuliforme كان ضعيفاً بشكل عام ضد هذا المرض.
  • اللفحة المتأخرة: كان العثور على المقاومة هنا أصعب. وبينما امتلكت أنواع مثل S. berthaultii و S. microdentum و S. verrucosum بعض المدافعين الأقوياء، إلا أن معظم الأنواع كانت أكثر عرضة للإصابة باللفحة المتأخرة مقارنة باللفحة المبكرة. ومن المثير للدهشة أن S. raphanifolium أظهر أيضاً مستوى عالياً من المقاومة لللفحة المتأخرة، وهو أمر غير متوقع بما أنه لم يكن معروفاً سابقاً بهذه السمة.

2. مدافعو التعفن والحشرات
لا تتعفن البطاطس في الحقل فحسب، بل تتعفن أيضاً أثناء التخزين، وغالباً ما يكون ذلك بسبب بكتيريا تسمى "العفن الرخو". كما تواجه خنفساء البطاطس الكولورادية (CPB)، وهي حشرة جائعة يمكنها تجريد النبات من أوراقه.

• العفن الرخو: اختبر الفريق مدى مقاومة درنات البطاطس للعفن البكتيري. ووجدوا نطاقاً واسعاً جداً من النتائج. ومرة أخرى، كان S. infundibuliforme و S. kurtzianum الأكثر عرضة للتعفن (الأسهل في التعفن)، بينما أظهرت أنواع أخرى مقاومة قوية.
• خنفساء البطاطس الكولورادية: هنا أصبح الأمر مثيراً للاهتمام. وجد الباحثون أن بعض الأنواع التي كانت سيئة في محاربة الفطريات كانت رائعة في محاربة الحشرات. فنوعا S. kurtziana و S. infundibuliforme، اللذان كانا ضعيفين ضد اللفحة والتعفن، أظهرا ضرراً قليلاً جداً من الخنافس. وعلى العكس من ذلك، فإن S. raphanifolium، بطل المقاومة ضد اللفحة، كان من أكثر الأنواع تضرراً بالخنافس. وهذا يشير إلى أن كون المرء جيداً في محاربة عدو ما لا يعني بالضرورة أنه جيد في محاربة عدو آخر.

3. فحص التكاثر
لكي نستخدم هذه البطاطس البرية في التربية، يجب أن تكون قادرة على التكاثر. معظم البطاطس البرية "غير متوافقة ذاتياً"، مما يعني أنها لا تستطيع تلقيح نفسها وتحتاج إلى شريك.

• النتائج: من بين 163 نباتاً تم اختبارها، استطاع 40 نباتاً التلقيح الذاتي وإنتاج الثمار. وهذا يعتبر كنزاً للمربين لأن النباتات القادرة على التلقيح الذاتي أسهل بكما في التعامل معها. امتلك S. verrucosum أكبر عدد من الأفراد القادرين على التلقيح الذاتي (18 من أصل 22)، بينما لم يمتلك S. infundibuliforme و S. raphanifolium أي منها. كما تحقق الفريق مما إذا كان بإمكان هذه النباتات أن تعمل كأمهات أو آباء عند تهجينها مع البطاطس المزروعة، ووجدوا أن الكثير منها كان خصباً في كلا الدورين.

4. الخريطة الجينية
أخيراً، قام الفريق بتسلسل الحمض النووي لهذه المستنسخات لمعرفة كيفية ارتباطها ببعضها البعض. استخدموا طريقة "التنميط الجيني عن طريق التسلسل" (GBS) للنظر في أكثر من 100,000 علامة جينية.

• النتائج: أكدت الخريطة الجينية في الغالب ما يعرفه العلماء بالفعل حول كيفية ارتباط هذه الأنواع ببعضها. ومع ذلك، وجدوا بعض الأفراد "المختلطين". على سبيل المثال، بعض النباتات التي صُنفت على أنها S. chacoense بدت جينياً أكثر شبهاً بـ S. berthaultii والعكس صحيح. هذا يشد إلى أن هذه الأنواع في البرية تتزاوج أحياناً، مما يخلق هجنًا. كما أكدت البيانات أن مجموعة WiDiPo تلتقط تنوعاً جينياً واسع النطاق، وهو بالضبط ما يحتاحه المربون.

لماذا هذا مهم

تشير الورقة البحثية إلى أن الطريقة القديمة في استخدام البطاطس البرية—أي معاملتها كمجرد حوض عام من البذور—هي طريقة غير فعالة. ومن خلال إنشاء مجموعة من النباتات المستنسخة والموصوفة بالكامل، يحول مشروع WiDiPo البطاطس البرية إلى أداة دقيقة. يمكن للمربين الآن النظر إلى البيانات، ومعرفة أن "المستنسخ X" لديه مقاومة لللفحة المبكرة وقادر على التلقيح الذاتي، ومعرفة ما سيحصلون عليه بالضبط.

كما أظهر الباحثون أن المقاومة الموجودة في هذه المستنسخات البرية يمكن توريثها. فعندما قاموا بتهجين مستنسخ بري مقاوم مع بطاطس مزروعة، ورث النسل تلك المقاومة. وهذا يثبت أن هذه الجينات البرية ليست مجرد نظريات؛ بل هي تعمل في الجيل التالي.

باختصار، تعد مجموعة WiDiPo جسراً. فهي تربط الإمكانات الجينية البرية غير المروضة لأقارب البطاطس مع الحاجة الحديثة لمحاصيل موثوقة وعالية الإنتاج. هي لا تحل كل المشكلات—فبعض الأنواع لا تزال صعبة، والخلط الجيني في البرية معقد—لكنها توفر نقطة انطلاق واضرة ومنظمة للجيل القادم من تربية البطاطس. البيانات متاحة الآن للعامة، مما يعني أن أي عالم أو مربي يمكنه الوصول إلى هذه "الأدوات" للمساعدة في إطعام المستقبل.