A novel barley leaf rust resistance locus, distinct from Rph5 and Rph7, identified on barley chromosome 3HS

يُعد الشعير محصولاً أساسياً يغذي الملايين، لكن حصاده يتعرض باستمرار لهجوم من عدو شائع: صدأ الأوراق. هذا المرض، الذي تسببه فطريات مجهرية، يهاجم أوراق النبات، ويسرق المغذيات والمياه، مما يؤدي إلى خسائر كبيرة في كل من كمية الحبوب المنتجة وجودتها. بالنسبة للمزارعين، فإن التهديد حقيقي ومستمر. ولمواجهة ذلك، يتطلع العلماء إلى دفاعات النبات نفسه. فمع مرور الوقت، وجد المربون جينات محددة داخل الشعير تعمل كدروع، تمنع الفطر من التمكن من النبات. ومع ذلك، فإن الفطر ذكي ويتطور بسرعة، وغالباً ما يتجاوز هذه الدروع الموجودة. وهذا يعني أن العثور على مصادر جديدة وفريدة للمقاومة أمر ضريد. الأمر لا يتعلق فقط بامتلاك درع، بل بامتلاك نوع مختلف من الدروع لم يتعلم الفطر بعد كيفية كسرها. إن تنويع هذه الدفاعات الجينية يساعد في ضمان بقاء حقول الشعير منتجة دون الاعتماد بشكل كبير على الرشات الكيميائية.

في دراسة حديثة، وجه الباحثون اهتمامهم إلى ستة أصناف مختلفة من الشعير جُمعت من الشرق الأوسط، وهي منطقة معروفة بتاريخها الغني بالتنوع المحصولي. أرادوا معرفة ما إذا كانت هذه النباتات المحددة تحمل أي أسرار جديدة ضد فطر صدأ الأوراق. وعندما اختبروا النباتات، وجدوا أن جميع الأصناف الستة يمكنها مقاومة المرض في كل مرحلة من مراحل نموها، وهي سمة تُعرف بالمقاومة في جميع المراحل. كانت هذه بداية واعدة، لكن الباحثين كانوا بحاجة إلى فهم الآلية الجينية وراء ذلك. ومن خلال تهجين هذه النباتات المقاومة مع نباتات أخرى عرضة للمرض ودراسة النسل الناتج، اكتشفوا أن المقاومة تعمل بطريقتين مختلفتين؛ ففي أربعة من الأصناف، جاءت الحماية من مزيج من جينين مختلفين يعملان معاً، بينما كان في الصنفين الآخرين جين واحد هو المسؤول عن الدفاع.

ثم ركز الفريق على صنفين من هذه الأصناف لتحديد مكان وجود هذه الجينات الواقية بالضبط على الخريطة الجينية للشعير. وبالنسبة للصنف المعروف باسم AGG-137، فقد حصروا الموقع في منطقة محددة على الكروموسوم 3HS. وباستخدام خريطة مرجعية مفصلة لجينوم الشعير، حددوا أن جين المقاومة يقع في منطقة تمتد من 3.62 إلى 9.83 مليون زوج من القواعد النيتروجينية. هذا الجين، الذي أطلقوا عليه مؤقتاً اسم RphAGG-137، تبين أنه شيء جديد. وقارنه الباحثون بجينات المقاومة المعروفة، وتحديداً Rph5 وRph7، الموجودة أيضاً على نفس الكروموسوم. وقد أكد تحليلهم أن هذا الجين الجديد متميز عن كليهما. ومن المثير للاهتمام أن المزيد من الاختبارات كشفت أن هذا الصنف من الشعير يحمل في الواقع دفاعين: الجين المكتشف حديثاً إلى جانب جين قديم ومعروف يسمى Rph2. يوفر هذا المزيج طبقة قوية من الحماية تختلف عما شوهد من قبل.

أما الصنف الثاني، AGG-72، فقد قدم قصة مختلفة. فجين المقاومة الخاص به، والذي أطلق عليه الباحثون اسم RphAGG-72، كان يقع على كروموسوم مختلف تماماً، وهو الكروموسوم 4H. وتتمتد المنطقة المحددة التي حددوها من 554.68 إلى 577.32 مليون زوج من القواعد النيتروجينية. هذا الموقع مهم لأنه يتداخل مع المواقع المعروفة لجينين آخرين للمقاومة، وهما Rph21 وRphCas، اللذان تم تحديدهما سابقاً في أنواع أخرى من الشعير. وتشير البيانات إلى أن المقاومة في AGG-72 هي على الأرجح إما أحد هذين الجينين المعروفين أو جين جديد تماماً يعيش في نفس الحي. لم يقرر الباحثون بعد بشكل نهائي أي من هذه الاحتمالات الثلاثة هو الصحيح، لكنهم رسموا بوضوح حدود المنطقة التي يكمن فيها الجواب. ومن خلال تحديد هذه المواقع المحددة والتأكيد على أن واحداً على الأقل من هذه الجينات فريد من نوعه، توفر الدراسة لمربي النباتات أهدافاً جديدة لتطوير أصناف من الشعير يمكنها الصمود أمام التهديد المتغير باستمرار لصدأ الأوراق.