Aromatic Rice Created through CRISPRCas9-Mediated BADH2 Gene Editing

الأرز أكثر من مجرد حبوب أساسية؛ فبالنسبة للكثيرين، هو لوحة من النكهة والقوام والذاكرة. وبينما تُقدر معظم أصناف الأرز لإنتاجيتها أو جودة طهيها، يُحتفى بمجموعة محددة لرائحتها المميزة التي تشبه رائحة الفشار وتنتشر في الهواء عند فتح القدر. هذه الرائحة ليست مجرد ميزة إضافية لطيفة، بل هي صفة محددة تقود القيمة السوقية وتفضيلات المستهلكين. السر وراء هذه الرائحة يكمن في جزيء كيميائي صغير يسمى 2-أسيتيل-1-بيرولين. في الطبيعة، يتم إنتاج هذا الجزيء عندما يكون جين معين داخل نبتة الأرز معطلاً أو غير فعال. فعندما يعمل هذا الجين بشكل طبيعي، فإنه يعمل كمصنع يمنع تكون الرائحة. وعندما يتم تعطيل الجين، تتراكم جزيئات الرئحة، مما يحول الحبة العادية إلى حبة عطرية. ولعقود من الزمن، حاول المربون إنتاج أرز عطري عن طريق تهجين نباتات مختلفة والانتظار حتى تظهر الخلطة الجينية المناسبة، وهي عملية قد تستغرق سنوات عديدة وغالباً ما تؤدي إلى فقدان سمات مرغوبة أخرى مثل الإنتاجية العالية أو مقاومة الأمراض.

لقد سلك فريق من الباحثين في الصين الآن مساراً مختلفاً، باستخدام أداة دقيقة لإعادة كتابة الشفرة الوراثية لصنف أرز عالي الأداء دون الانتظار الطويل أو فقدان الجودة. لقد ركزوا على صنف أرز شهير غير عطري يسمى "تشو جينج 48" (ChuGeng48)، والمعروف بالفعل بمذاقه الممتاز، وقوامه الناعم، وقدرته على الازدهار في الحقول المرتفلة في جنوب غرب الصين. كان الهدف بسيطاً: الحفاظ على كل ما يجعل هذا الأرز رائعاً، ولكن إضافة الرائحة المفقودة. ولتحقيق ذلك، استخدموا نظام تحرير جيني يُعرف باسم CRISPR/Cas9. تخيل هذا النظام كأنه مقص جزيئي يمكنه العثور على جملة محددة في كتاب تعليمات وقصها. في هذه الحالة، كان "الكتاب" هو الحمض النووي لنبتة الأرز، و"الجملة" كانت الجين المسؤول عن كبح الرائحة. ومن خلال قص هذا الجين في نقطة محددة، هدف الباحثون إلى تعطيله، مما يسمح للمركبات العطرية بالتراكم بشكل طبيعي.

صمم العلماء دليلاً لاستهداف قسم معين من الجين المثبط للرائحة، الموجود في الجزء الثالث من الشفرة الوراثية. قاموا بإدخال هذا الدليل في خلايا نبتة الأرز باستخدام طريقة شائعة تنقل الأدوات الجينية إلى الأجنة النامية للنبات. وبمجرد نمو النباتات، فحص الباحثون حمضها النووي ليروا ما إذا كان القص قد تم بشكل صحيح. ووجدوا أنه من بين المجموعة الأولية من النباتات، خضعت عدة نباتات لعملية التعديل بنجاح. بعضها فقد قطعة صغيرة من الجين، بينما أضيف لبعضها الآخر جزء صغير جداً، لكن كل هذه التغييرات أدت إلى النتيجة نفسها: لم يعد الجين يعمل. ثم قام الباحثون بزراعة الجيل التالي من هذه النباتات وفحصوها بعناية للتأكد من أن الأدوات الجينية الغريبة المستخدمة لإجراء القص لم تعد موجودة، تاركة وراءها نبات الأرز المعدل نفسه فقط.

كانت النتائج واضحة وفورية. فعندما حلل الباحثون الحبوب في هذه النباتات المعدلة، وجدوا أن الجزيء العطري الرئيسي، 2-أسيتيل-1-بيرولين، موجود الآن بكميات كبيرة. في الأرز الأصلي غير المعدل، كان هذا الجزيء غائباً تماماً. أما في السلالات المعدلة، فتراوحت المستويات بين 5.8 إلى 7.6 ميكروغرام لكل كيلوغرام. ولوضع ذلك في السياق، قارن الباحثون أرزهم العطري الجديد بصنف مشهور وعطري طبيعياً يسمى "ووتشانغ دا هو شيانغ" (Wuchangdaohuaxiang). وبينما كان صنف "ووتشانغ" يحتوي على تركيز أعلى من ذلك الجزيء المنفرد ذي رائحة الفشار، إلا أن حبوب "تشو جينج 48" المعدلة احتوت على مجموعة متنوعة أكبر بكثير من المركبات العطرية. وكان إجمالي كمية المواد الكيميائية المنتجة للرائحة في الأرز المعدل أعلى بكثير من صنف "ووتشانغ" الشهير، مما يشير إلى ملف نكهة معقد وغني.

وبعيداً عن الرائحة، كان الباحثون حذرين في التحقق مما إذا كانت عملية التعديل قد ألحقت الضرر بقدرة النبات على النمو أو إنتاج الغذاء. قاموا بقياس طول النباتات، وعدد الحبوب في كل ساق، ووزن المحصول. وأظهرت النتائج عدم وجود فرق بين النباتات المعدلة والنسخة الأصلية غير العطرية. فقد نما الأرز المعدل بنفس طول الأرز الأصلي، وأنتج نفس عدد الحبوب، وكان له نفس الحبوب الثقيلة والممتلئة. وقد أكد ذلك أن الباحثين نجحوا في إضافة سمة الرائحة دون التضحية بصلابة النبات أو إنتاجيته. كما حددت الدراسة العديد من المركبات العطرية الجديدة في الحبوب المعدلة والتي لم تكن موجودة في الأرز الأصلي، بما في ذلك مواد برائحة الحمضيات والمكسرات والزهور، مما أضاف طبقات من التعقيد إلى الرائحة.

يُظهر هذا العمل أنه من الممكن أخذ صنف أرز رفيع المستوى يفتقر إلى الرائحة ومنحه تلك الصفة المفقودة دون المساس بنقاط قوته الأخرى. فمن خلال استخدام التحرير الجيني لتعطيل جين واحد، استطاع الفريق إنشاء خط جديد من الأرز العطري يحتفظ بجودة الطهي العالية والإنتاجية العالية لصنف "تشو جينج 48" الأصلي. كانت العملية فعالة، حيث أنتجت نباتات خالية من الأدوات الجينية الغريبة المستخدمة لإجراء التغيير، وهو أمر بالغ الأهمية للاستخدام الزراعي المستقبلي. وتشير النتائج إلى أن هذه الطريقة يمكن أن تكون وسيلة قوية لتحسين جودة الأرز للمستهلكين الذين يقدرون النكهة، مما يوفر بديلاً أسرع وأكثر دقة لطرق التربية التقليدية. والنتيجة هي حبة تقدم أفضل ما في العالمين: موثوقية المحصول عالي الإنتاج ومتعة الرائحة التي تميز الأطعال الفاخرة.