تمتلك بعض النباتات قوة وراثية خارقة قد تساعدها على النجاة من الكوارث: NPR

معظم الناس مضاعفا. وهذا يعني أن لدينا مجموعتين من الكروموسومات – مجموعة واحدة من كل والد. ولكن هذا ليس هو الحال دائمًا بالنسبة للأنواع الأخرى، وخاصة النباتات.

يقول إيف فان دي بير، عالم الأحياء النباتية بجامعة غنت في بلجيكا: “الفراولة، على سبيل المثال، تحتوي على ثماني مجموعات من الكروموسومات”.

تحدث هذه الظاهرة، التي تسمى تعدد الصبغيات، عندما يكون لدى الكائن الحي أكثر من مجموعتين من الكروموسومات محشورة في كل خلية – وبعبارة أخرى، ازدواج الجينوم بالكامل. ويبدو أنها تسمح لبعض أنواع النباتات بالبقاء على قيد الحياة خلال فترات الإجهاد البيئي الشديد، مثل التغيرات في المناخ.

لم يكن من الواضح لعلماء الأحياء أن تعدد الصبغيات سيكون بالضرورة أمرًا جيدًا. في الواقع، وجود مضاعفة الكروموسومات يمكن أن يؤثر في نهاية المطاف على بقاء النوع، مما يؤدي إلى انقراضه. ومع ذلك، فهو شائع جدًا اليوم، خاصة في النباتات. وهذا يشكل ما يسميه فان دي بير بمفارقة تعدد الصبغيات. لماذا تمتلك العديد من النباتات سمة تجعلها أضعف من الناحية التطورية؟

في عمل جديد منشور في المجلة خليةيقترح فان دي بير وزملاؤه إجابة للغز. وعندما نظروا إلى أحداث تضاعف الجينوم القديمة في عدة مئات من أنواع النباتات، وجدوا أنها حدثت خلال فترات من الاضطرابات على مدى الـ 150 مليون سنة الماضية – أوقات التبريد الدراماتيكي، أو الاحترار، أو الانقراض على نطاق واسع. قد يساعد تعدد الصيغ الصبغية الأنواع على النجاة من مثل هذه الاضطرابات.

يعتقد فان دي بير أنه ربما يكون قد حل المفارقة أخيرًا. ويقول ضاحكاً: “أشعر وكأنني أستطيع التقاعد الآن لأن هذا هو تتويج لـ 25 عاماً من العمل”.

مجموعات في الوقت المناسب

يمكنك التفكير في تعدد الصبغيات، كما يقول فان دي بير، كحدث طفري واسع النطاق. “من حين لآخر يحدث خطأ ما، وينتهي بك الأمر في الأساس بخلية جديدة تحتوي على ضعف كمية الحمض النووي الموجودة في خلية نباتية عادية.”

قد تكون الأنواع في حالة جيدة لفترة من الوقت، لكن هذا التكرار الشامل للجينوم له آثاره. يمكن لعدد أكبر من الكروموسومات أن يعيق انقسام الخلايا، مما يوفر فرصة أكبر لحدوث الأخطاء والطفرات. ويمكن أن يؤدي ذلك إلى قيام نباتات أخرى – ذات أحمال وراثية أقل – بالتفوق عليها، مما يؤدي إلى انقراض النبات متعدد الصبغيات.

وهذا هو السبب وراء ضياع معظم نسخ الجينوم مع مرور الوقت. أراد فان دي بير وزملاؤه فهم الأسباب وراء وفرة تعدد الصبغيات الحديثة وندرتها النسبية منذ فترة طويلة.

تضمنت خطوتهم الأولى جمع كل جينومات النباتات الزهرية التي تم تسلسلها والبالغ عددها 470، وهي مزيج من الأنواع البرية والمحاصيل الزراعية من جميع أنحاء العالم. قام فريق البحث بفحص الحمض النووي لتلك النباتات بحثًا عن مجموعات من الجينات المتكررة، وهو دليل على أحداث ازدواجية الجينوم بأكملها التي حدثت منذ فترة طويلة.

يقول فان دي بير: “لم تظهر كل النباتات ذلك”، لكن بعضها أظهر ذلك. واستخدم الباحثون السجل الأحفوري لترسيخ تاريخ تطور النباتات المختلفة لأول مرة لتحديد وقت حدوث كل حدث ازدواج.

وكانت النتائج واضحة. يقول فان دي بير: “إن ازدواجية الجينوم هذه لا تحدث بشكل عشوائي. بل تتجمع في الوقت المناسب”.

القوة العظمى متعددة الصيغ الصبغية

وعلى وجه الخصوص، تجمعت هذه التكرارات خلال فترات اتسمت بالاضطرابات البيئية على مدار الـ 150 مليون سنة الماضية، على سبيل المثال، فترات التبريد أو الاحترار المهمة.

أو ربما الأمر الأكثر إثارة هو أن إحدى هذه التجمعات حدثت قبل حوالي 66 مليون سنة عندما اصطدم كويكب بالأرض، مما أدى إلى قتامة السماء ومحو الديناصورات على الأرجح – وأكثر من نصف جميع أنواع النباتات.

ولكن يبدو أن هذا لا ينطبق على العديد من النباتات متعددة الصبغيات. على الرغم من جميع أمتعتها، تتفوق النباتات متعددة الصبغيات في الواقع في التغلب على الضغوط البيئية – فهي مجموعة من “الوحوش المفعمة بالأمل”، على حد تعبير فان دي بير.

وتشمل هذه الضغوطات التغيرات الطويلة في درجة الحرارة أو مستوى الضوء.

ويوضح قائلاً: “قد يكونون أفضل في القيام بعملية التمثيل الضوئي، على سبيل المثال، لأن لديهم المزيد من الجينات لالتقاط الضوء القليل الذي لا يزال موجودًا”. “وبالتالي فإن لديهم ميزة على الكثير من سلالات النباتات الأخرى حيث لم يكن هناك ازدواجية كاملة للجينوم، وقد انقرضت جميعها.”

وبعبارة أخرى، تعدد الصبغيات يشبه بوليصة التأمين. في معظم الأحيان، تتلاشى النباتات التي تحتوي على مجموعات إضافية من الكروموسومات. لكن في أوقات نادرة من الاضطرابات الشديدة، ينتصرون. ويحتفظ أحفادهم، الذين غالبًا ما يفقدون تلك النسخ الصبغية الإضافية، بأدلة في حمضهم النووي عن حدث التضاعف القديم الذي ساعد سلالتهم على البقاء.

تقول ساندرا بيتا، عالمة التكنولوجيا الحيوية النباتية في CONICET، المجلس الوطني للبحوث العلمية والتقنية في الأرجنتين، والتي لم تشارك في الدراسة: “إن البحث دقيق جدًا حقًا”. “ويعطينا الكثير من الأمل، بطريقة ما.”

ويرجع هذا الأمل إلى حقيقة أن كوكبنا يواجه مرة أخرى مناخًا متغيرًا، وهو المناخ الذي قد تتحمله النباتات متعددة الصبغيات

ستساعد هذه النتائج أيضًا مربي النباتات مثل بيتا. وتقول: “إذا كان تعدد الصيغة الصبغية يساعدهم على مقاومة أنواع مختلفة من الضغوط، فهذا مفيد حقًا بالنسبة لي”.

في بعض الأحيان، يمكن للطريق المسدود أن يؤتي ثماره في المستقبل – وهي خدعة تخفيها هذه النباتات عن سواعدها الخضراء.