الاستراتيجيات الجزئية في مقاومة الامراض النباتية الفيروسية

agriculture

الاستراتيجيات الجزئية في مقاومة الامراض النباتية الفيروسية

د. عدنان عبد الجليل لهوف

يوجد هنالك العديد من الامراض النباتية الناتجة عن الإصابة بالفايروسات والتي تظهر على العديد من المحاصيل الزراعية ينتج عنها خسائر اقتصادية كبيرة في نوعية وكمية الحاصل. ولغرض التقليل من هذه الخسائر تستخدم العديد من الاستراتيجيات لغرض حماية النباتات من الإصابة الفايروسية منها استخدام الجينات المقاومة السائدة او المتنحية التي توجد في المحتوى الوراثي (Germplasm) لبعض الأصناف النباتية.

تمتاز الجينات السائدة بان تواجدها يكون السبب في مقاومة او تحمل الإصابة الفايروسية مثالها الجين (Ry) الخاص بمقاومة فايروس البطاطا Y وايضا الجينين (Rx1+Rx2) لمقاومة فايروسات البطاطا X في نباتات البطاطا كذلك هنالك الجين (5W5) الخاص بمقاومة فايروس ذبول وتبقع الطماطة في نباتات الطماطة. لقد استخدمت طرق النقل الوراثي Genentic transformation methods لغرض نقل بعض من هذه الجينات المقاومة السائدة الى بعض الأصناف النباتية الحساسة الاقتصادية وذلك لمنحها صفة المقاومة ضد الإصابة ببعض الفايروسات النباتية. اما الجينات المتنحية التي سجلت في العديد من الأصناف النباتية فمثالها الجين العامل البادئ في حقيقية النواة (eIF4Eiso) والمعروف عنه انه ضروري للفايروسات النباتية لاستكمال دورة الإصابة في الخلايا النباتية واي طفرة وراثية تسبب خلل في وظيفته ينتج عنها عدم حصول الإصابة وبالتالي المقاومة للفايروسات النباتية مثل تلك التي تعود الى الجنس Potyvirus.

لقد أجريت بنجاح في العام 1983 تجربة حول نقل وإدخال جزء من DNA غريب الى الخلايا النباتية التي نمت وتطورت لتنتج نبات كامل معدل وراثيا. ان هذا الحدث فتح الباب لاستخدام تكنلوجيا التعديل الجيني لأجل تطوير المقاومة ضد الفايروسات النباتية. لاحقا طريقة المقاومة المستمدة من المسبب المرضي (Pathogen derived resistance (PDR طبقت على نطاق واسع في انتاج نباتات معدلة وراثيا مقاومة او متحملة للإصابة الفايروسية. تتمحور هذه الطريقة حول استخدام جزء من المادة الوراثية الخاصة بالمسبب المرضي لأجل دعم دفاعات العائل النباتي ضد الممرض نفسه. ان التفسير العلمي لعمل هذه الطريقة يعود الى احداث خلل او إيقاف وظيفة بعض الجزئيات البروتينية او mRNA الخاصة بجينات المسبب المرضي الفايروسي المهمة في احداث الإصابة في العائل النباتي يسبب تدخلا سلبيا مستمرا على عملية التكاثر او التجمع او الحركة للفايروسات بداخل النبات. لذلك استخدام مثل هذه الجزئيات البروتينية المشتقة من الممرض الفايروسي مثل الغلاف البروتيني (Coat protein) او انزيم التكاثر (Replicase) او بروتينات الحركة (Movement proteins) في داخل الخلايا النباتية يمنح المقاومة ضد الفايروس نفسه في العائل المعدل وراثيا. أن هذا الطريقة بصورة عامة يشار اليها على انها المقاومة المستمدة من البروتينات Protein-mediated resistanceان أليه عمل هذه الطريقة تفسر بالعلاقة الطردية المباشرة بين مستوى التعبير الجيني لجينات البروتينات سابقة الذكر ومستوى المقاومة للفايروس.

لكن تحقيقات إضافية حول هذه الطريقة كشفت عن نتائج مفاجئة تمثلت بوجود مستوى عالي من المقاومة ضد الفايروسات في بعض النباتات المعدلة وراثيا على الرغم من عدم إيجاد بروتين الغلاف البروتيني بالإضافة الى ان مستوى mRNA الذي يترجم الى بروتين الغلاف البروتيني كان منخفض جدا او غير موجود في هذه النباتات المقاومة. أن سبب هذا التناقض الواضح فسرا لاحقا الى انه وجود mRNA بروتين الغلاف البروتيني يحفز عملية الاسكات او الاخماد الجيني (Gene silencing) والتي تمنح المقاومة ضد الفايروسات ويسمى هذا النوع بالمقاومة المستمدة من الـRNA.

ان هذه الطريقة عبارة عن ميكانيكية تنظيمية طبيعية موجودة في الحيوانات والفطريات والنباتات تستخدم من اجل السيطرة على التعبير الجيني بالإضافة الى عملها كوسيلة دفاعية طبيعية ضد الإصابة الفايروسية. تعتمد هذه الطريقة على سلسلة من النيوكليوتيدات المكملة والمتخصصة للارتباط بتسلسل معين من سلسلة mRNA العائدة لجينات الفايروس مثل الغلاف البروتيني والتي تحث على تحطيمه او تثبط عملية ترجمته حيث تشمل سلسلة من المكونات تبدا بشريط مزدوج من RNA الذي يثير او يحفز بروتين Dicer على تقطيعه الى قطع صغيرة طولها 21 الى  24 نيوكليوتيدة تكون اما من نوع micro interfering RNA(miRNAs)  او small interfering RNA (siRNAs)  والذي بدوره يرتبط ببروتين Argonaute ليكون معقد يسمى بمعقد الاسكات (RNA induced silencing complex) في هذا المعقد يعمل الـ RNA القصير على توجيه وارتباط المعقد أعلاه بالـ mRNA وبعدها يعمل بروتين Argonaute على تقطيع الـ mRNA وبتالي إيقاف عملية الترجمة والتعبير الجيني. استخدمت هذه الطريقة من قبل العديد من الباحثين لأجل مقاومة الفايروسات النباتية من خلال استخدام الهندسة الوراثية لغرض انتاج النباتات المعدلة وراثيا حيث يتم ادخال قطع قصيرة من RNA المكملة لجزء من RNA الجينات المهمة والضرورية لدورة حياة الفايروسات الممرضة مثل جينات التكاثر والحركة الى داخل العائل بواسطة نواقل وراثية ليتكون بعدها شريط مزدوج من RNA الذي يحفز بدوره عملية الاسكات الجيني التي تسبب إيقاف تكاثر الفايروس وبالتالي مقاومته.

* هذا المقالة هي عبارة عن ترجمة بتصرف لمعلومات جمعت من المصادر ادناه.

 

Duan, C.G., Wang,C. H. and Guo, H. S. (2012). Application of RNA silencing to plant disease resistance. Silence A journal of RNA regulation 3(2):1-8.

Foster, G. D. and Taylor, S. C. (1998). Plant Virology Protocols: From Virus Isolation to Transgenic Resistance. Springer, Dordrecht, The Netherlands.

Lin, S., Henriques, R., Wu, H., Niu, Q., Yeh, S. and Chua, N. (2007). Strategies and mechanisms of plant virus resistance.Journal of Plant Biotechnology Reports 1 (3):125–134.

McManus, M.T. and Sharp, P. A. (2002). Gene silencing in mammals by small interfering RNAs.Nature Reviews Genetics 3: 737-747.