Functional Validation of the Glucose Dehydrogenase Gene HaGDH in Harmonia axyridis

في الشبكة المعقدة للنظام البيئي للمزارع، تلعب دعسوقة "هارمونيا أكسيريديس" (Harmonia axyridis) دوراً يمتد إلى ما هو أبعد من مظهرها المنقط. فباعتبارها مفترساً شرهاً للمن، تعمل هذه الحشرة كحارس طبيعي للمحاصيل، مما يساعد المزارعين على مكافحة الآفات دون الاعتماد بشكل كبير على الرشات الكيميائية. ومع ذلك، فإن سلامة هذه الحشرات النافعة غالباً ما تُختبر بفعل المواد الكيميائية المستخدمة لحماية النباتات نفسها. إحدى هذه المواد الكيميائية هي "غليفوسات"، وهو مبيد أعشاب واسع الاستخدام. لعقود من الزمن، اعتقد العلماء أن الغليفوسات غير ضار بالحشرات لأنه يستهدف مساراً بيولوجياً محدداً يوجد في النباتات ويغيب عن الحيوانات. ومع ذلك، فقد تحدت الملاحظات الأخيرة هذا اليقين، حيث أظهرت أن المادة الكيميائية يمكن أن تظل قادرة على تعطيل صحة وتكاثر الحشرات، وأحياناً تنتقل عبر السلسلة الغذائية لتؤثر على المفترسات مثل الدعسوقة. ولفهم كيف يحدث هذا، يجب على الباحثين النظر داخل خلايا الحشرة، وتحديداً في الآلية التي تدير الطاقة. تماماً كما تحتاج السيارة إلى الوقود لتعمل، تحتاج الحشرة إلى تحويل السكر إلى طاقة لتنمو وتتحرك وتنجو. وعندما يضطرب نظام الطاقة هذا، تنهار قدرة الحشرة على العمل.

لقد وضع فريق من الباحثين في جامعة غوييانغ (Guiyang University) نصب أعينهم استقصاء هذه الثغرة من خلال التركيز على جين محدد في دعسوقة "هارمونيا أكسيريديس" يسمى HaGDH. يعمل هذا الجين بمثابة مخطط لإنزيم يُعرف باسم "جلوكوز ديهيدروجيناز"، وهو بروتين ضروري لتفكيك الجلوكوز، المصدر الرئيسي للسكر لدى الحشرة، لإطلاق الطاقة. أراد العلماء معرفة ما إذا كان هذا الجين يمكن أن يعمل كإشارة تحذير لإجهاد المبيدات الحشرية وما إذا كان تعطيله سيضر بالدعسوقة. وللبدء، قاموا بعزل الجين من الحمض النووي للدعسوقة وحددوا بنيته الكاملة. ووجدوا أن الجين عبارة عن شريط طويل من الشفرة الوراثية التي توجه الدعسوقة لبناء بروتين مكون من 622 حمضاً أمينياً. ومن خلال مقارنة هذا التسلسل الجيني مع تسلسلات حشرات أخرى، اكتشفوا أن نسخة الدعسوقة هذه هي الأكثر ارتباطاً بدعسوقة النقاط السبع، وهي نوع آخر من الخنافس، مما يشير إلى أنهما يتشاركان في سلف مشترك قريب.

ثم فحص الباحثون متى وأين يكون هذا الجين أكثر نشاطاً داخل جسم الدعسوقة. ووجدوا أن الجين لا يعمل بنفس القدر في جميع الأوقات أو في جميع الأماكن؛ فهو يكون أكثر نشاطاً خلال المرحلة الثانية من حياة يرقات الدعسوقة، وهي فترة نمو سريع تحتاج فيها الحشرة إلى أكبر قدر من الطاقة لبناء جسدها. ومن حيث الموقع، يكون الجين أكثر نشاطاً في الأغطية الجناحية الصلبة، المعروفة باسم "الألتر" (elytra)، والتي تحمي أجنحة الدعسوقة الرقيقة. وهذا أمر منطقي، حيث أن بناء وصيانة هذه القشرة الخارجية القوية يتطلب قدراً كبيراً من الطاقة. ويكون الجين أقل نشاطاً بكثير في الأرجل والأنسجة الرخوة الأخرى. وقد أكد هذا النمط أن الجين مرتبط بعمق بنمو الدعسوقة وتطورها الجسدي.

ولرؤية كيف تتفاعل الدعسوقة مع الإجهاد البيئي، عرض الفريق اليرقات لكميات مختلفة من الغليفوسات. فعندما عولجت اليرقات بتركيز منخفض من مبيد الأعشاب، وتحديداً 5 مليغرامات لكل لتر، ارتفع نشاط جين HaGDH بشكل حاد، ليصبح أعلى بنحو أربعة أضعاف مما هو عليه في الدعسوقات غير المعالجة. ويشتبه الباحثون في أن هذا الارتفاع هو رد فعل دفاعي؛ إذ تحاول الدعسوقة العمل بجهد أكبر لمعالجة الطاقة ومقاومة الضغط الكيميائي. ومع ذلك، عندما رُفع التركيز إلى 20 مليغراماً لكل لتر، انخفض نشاط الجين بشكل حاد إلى أقل من ثلثي المستويات الطبيعية. وهذا يشير إلى أنه بينما تستطيع الدعسوقة في البداية التعامل مع المستويات المنخفضة من المادة الكيميائية عن طريق زيادة أنظمة الطاقة لديها، فإن الجرعة الأعلى تنهك دفاعاتها وتوقف قدرتها على الاستجابة.

ولإثبات أن هذا الجين حيوي لبقاء الدعسوقة، استخدم العلماء تقنية "تداخل الحمض النووي الريبوزي" (RNA interference) لإسكات الجين مؤقتاً. حيث حقنوا كمية صغيرة من مادة وراثية اصطناعية في اليرقات، مما أدى فعلياً إلى إخبار خلايا الدعسوقة بالتوقف عن إنتاج بروتين "جلوكوز ديهيدروجيناز". كانت النتائج فورية وقاسية؛ ففي غضون 24 ساعة، انخفض نشاط الجين بمقدار النصف. وخلال الأيام القليلة التالية، بدأت الدعسوقات التي خضعت لهذا العلاج في الموت بمعدل مثير للقلق. وبحلول اليوم العاشر، كان أقل من 10 بالمائة من اليرقات المعالجة لا تزال على قيد الحياة، مقارنة بأكثر من 60 بالمائة من مجموعة التحكم التي تلقت حقنة غير ضارة.

ولعل الاكتشاف الأكثر إثارة للدهشة تعلق بمستويات السكر داخل الدعسوقات. فبما أن الجين يساعد عادةً في تفكيك السكر لإنتاج الطاقة، توقع الباحثون في البداية أن يؤدي منع هذا الجين إلى تراكم السكر داخل الحشرة، مثل ازدحام مروري. وبدلاً من ذلك، وجدوا العكس تماماً؛ حيث كانت الدعسوقات التي تم إسكات جينها تحتوي على مستويات أقل بكثير من الجلوكوز في أجسامها. ويقترح الباحثون أنه عندما يتم إغلاق مسار الطاقة الرئيسي، تصاب الدعسوقة بالذعر وتحاول حرق احتياطيات السكر المتبقية لديها باستخدام طرق أخرى أقل كفاءة للحفاظ على حياتها. إن هذه المحاولة اليائسة لتوليد الطاقة تستنزف مخازن السكر لديها تماماً، مما يؤدي إلى الجوع والموت.

توضح هذه الدراسة أن جين HaGDH هو مكون حيوي لبقاء دعسوقة "هارمونيا أكسيريديس"، حيث يعمل كمركز محوري لإدارة الطاقة. كما تكشف الدراسة أن هذا الجين حساس للغاية للتعرض للغليفوسات، حيث يتغير سلوكه اعتماداً على جرعة المادة الكيميائية. ولأن هذا الجين بالغ الأهمية، فإن تعطله يؤدي إلى وفيات سريعة، مما يؤكد أن حتى المواد الكيميائية التي يُعتقد أنها آمنة للحشرات يمكن أن يكون لها آثار مدمرة على بيولوجيتها الداخلية. وتشير النتائج إلى أن مراقبة هذا الجين يمكن أن تساعد العلماء في تقييم المخاطر التي تشكلها المبيدات الحشرية على الحشرات النافعة، مما يوفر وسيلة لحماية الأعداء الطبيعيين الذين يحافظون على توازن أنظمتنا البيئية.