Accelerated generation of inbred lines through DH Technology VS conventional bred QPM germplasm: Inbred and hybrid performance for higher genetic gains

في الحقول الشاسعة حيث ينمو الذرة، يواجه المربون سباقاً ضد الزمن. هدفهم هو ابتكار أصناف جديدة من الذرة تنتج المزيد من الغذاء، وتقاوم الأمراض، وتزدهر في الطقس المتغير. وللقيام بذلك، يجب عليهم أولاً تطوير سلالات أصلية نقية ومتجانسة. تخيل أنك تحاول خبز كعكة مثالية؛ فأنت بحاجة إلى مكونات متسقة في كل مرة. في تربية الذرة، تُسمى هذه المكونات المتسقة "السلالات ذات التوالد الداخلي". تقليدياً، يعد إنشاء هذه السلالات عملية بطيئة ومملة؛ إذ يتعين على المربين تهجين النباتات ثم إجبارها على التلقيح الذاتي لعدة أجيال، والانتظار لسنوات حتى تستقر المادة الوراثية في حالة مستقرة ويمكن التنبؤ بها. ومع ذلك، ظهرت طريقة أسرع في العقود الأخيرة تسمى تقنية "الهجين ثنائي الصيغة الصبغية" (doubled haploid). تتيح هذه التقنية للعلماء إنشاء سلالة نقية تماماً في جيل واحد، متجاوزين فترة الانتظار الطويلة. وبينما تعد هذه السرعة ميزة كبرى، تساءل المربون عما إذا كانت هذه السلالات السريعة بجودة تلك المصنوعة بالطريقة التقليدية البطيئة، أم أن الاختصار يضحي بالجودة مقابل السرعة.

قام فريق من الباحثين في المعهد الهندي لأبحاث الذرة بالإجابة على هذا السؤال من خلال وضع هذين النهجين جنباً إلى جنب. لقد جمعوا مجموعة كبيرة من سلالات الذرة: خمسون سلالة تم إنشاؤها باستخدام طريقة "الهجين ثنائي الصيغة الصبغية" الحديثة والسريعة، وخمسون سلالة تم تطويرها من خلال تقنية تقليدية تسمى "التهجين الرجعي" (backcrossing)، والتي تتضمن تهجين نبات مع أحد الأبوين لاستعادة سمات مرغوبة محددة. قام العلماء بزراعة هذه المائة سلالة في موقعين مختلفين في الهند، لودهيانا وكارنال، لمعرفة كيفية أدائها بمفردها. وقد قاموا بقياس كل شيء، بدءاً من طول النباتات ومتى تزهر، وصولاً إلى حجم كيزانها ووزن حبوبها. كان الهدف هو العثور على أفضل الآباء لخلطهم معاً لإنتاج هجن قوية.

أظهرت النتائج أن كلا الطريقتين أنتجتا مرشحين ممتازين، لكن لكل منهما نقاط قوة مختلفة. وجد الباحثون أن السلالات التي تم إنشاؤها من خلال طريقة التهجين الرجعي التقليدية أظهرت تنوعاً أكبر في السمات الجسدية، مثل وقت الإزهار وطول النبات. وهذا التنوع قيم لأنه يمنح المربين المزيد من الخيارات للاختيار من بينها عند محاولة تكييف المحاصيل مع بيئات محددة. ومن ناحية أخرى، فإن سلالات "الهجين ثنائي الصيغة الصبغية"، التي تم إنشاؤها في جزء ضئيل من الوقت، مالت إلى امتلاك متوسط إنتاج حبوب أعلى عند زراعتها بمفردها. يشير هذا إلى أن الطريقة السريعة فعالة للغاية في تثبيت أفضل السمات الوراثية بسرعة. وعندما نظر الباحثون في البيانات، وجدوا أن المجموعتين تداخلتا بشكل كبير في أدائهما، مما يعني أن أي من الطريقتين لم يكن متفوقاً بشكل مطلق في كل شيء. فقد وفر كلا النهجين مخزناً غنياً للمادة الوراية التي يمكن استخدامها لبناء ذرة أفضل.

ومع ذلك، لم يكن الاختبار الحقيقي في كيفية نمو السلالات الأبوية بمفردها فحسب، بل في كيفية أدائها عند تهجينها مع سلالات أخرى لإنتاج الهجن. قام الفريق بإنشاء سبعة وثمانين تركيبة هجينة جديدة عن طريق خلط سلالاتهم الأبوية مع اثنين من نباتات الاختبار القياسية. وزرعوا هذه الهجن في نفس الموقعين لرؤية أي التركيبات ستنتج أكبر كمية من الحبوب. كانت النتائج مذهلة؛ فقد جاءت أعلى الهجن إنتاجية من السلالات التي تم تطويرها من خلال طريقة التهجين الرجعي التقليدية. برزت ثلاث هجن محددة كأفضل أداء عبر كلا الموقعين، ومن الجدير بالذكر أن الثلاث جميعها مشتقة من مجتمعات التهجين الرجعي. أحد الهجن، الناتج عن تهجين أب من سلالة التهجين الرجعي مع نبات اختبار، أنتج 111.6 قنطاراً من الحبوب للهكتار الواحد. وهجين آخر، من سلالة التهجين الرجعي أيضاً، أنتج 111.4 قنطاراً للهكتار، بينما وصل الثالث إلى 111.2 قنطاراً للهكتار. كانت هذه الإنتاجية أعلى بكثير من الأصناف التجارية المستخدمة للمقارنة.

ومن المثير للاهتمام أن السلالات الأبوية التي أنتجت هذه الهجن الفائزة لم تكن بالضرة تبدو كأفضل النباتات عند نموها بمفردها. على سبيل المثال، أحد الآباء الأعلى أداءً كان إنتاجه متواضعاً عند نموه بمفرده، ومع ذلك، عندما هُجن مع الشريك المناسب، أنتج هجيناً بطلاً. يسلط هذا الضوء على مبدأ رئيسي في التربية: الأب الأفضل ليس بالضرورة هو الذي يبدو الأقوى بمفرده، بل هو الذي يتوافق بشكل أفضل مع غيره. أكدت الدراسة أنه بينما تعد طريقة "الهجين ثنائي الصيغة الصبغية" السريعة أداة قوية لتوفير الوقت وإنشاء سلالات متجانسة، فإن طريقة التهجين الرجعي التقليدية لا تزال تمتلك قوة فريدة. يبدو أنها فعالة بشكل خاص في إدخال سمات محددة عالية الأداء من النباتات المانحة إلى مخزن التربية، مما يؤدي إلى إنتاج هجن تتفوق حتى على السلالات الأكثر سرعة في التطوير.

استخدم الباحثون أدوات إحصائية لفهم العلاقات المعقدة بين السمات المختلفة التي قاموا بقياسها، مثل طول النبات وحجم الكوز وعدد أيام الإزهار. ووجدوا أن هذه السمات غالباً ما تكون مرتبطة ببعضها البعض؛ فعلى سبيل المثال، النباتات الأكثر طولاً تميل إلى امتلاك كيزان أطول وعدد أكبر من الحبوب. ومن خلال تحليل هذه الروابط، استطاعوا رؤية كيف تؤثر طرق التربية المختلفة على النتيجة النهائية. وخلصت الدراسة إلى أن كلتا الطريقتين ضروريتان في حقيبة المربي الحديث؛ إذ توفر تقنية "الهجين ثنائي الصيغة الصبغية" السرعة والنقاء الوراثي، بينما يوفر التهجين الرجعي مخزناً عميقاً للتنوع الوراثي والقدرة على ضبط سمات محددة بدقة. ومعاً، يوفران استراتيجية قوية لتطوير أصناف الذرة عالية الإنتاجية اللازمة لإطعام سكان العالم المتزايدين. ويؤكد هذا العمل أنه لا يوجد "حل سحري" واحد للتربية؛ بل إن النهج الأكثر نجاحاً غالباً ما يتضمن استخدام الأداة المناسبة للمهمة المحددة، والجمع بين سرعة التكنولوجيا الحديثة وعمق الطرق التقلية المثبتة.