تعديلان صغيران قد يغيران إنتاج الغذاء العالمي

“نحن على بعد خطوة واحدة من إنتاج أغذية أكثر مراعاة للبيئة وصديقة للمناخ.”

هذا هو الاستنتاج الذي توصل إليه كاسبر روجكير أندرسن وسيمونا رادوتويو، وكلاهما أستاذان في علم الأحياء الجزيئي في جامعة كاليفورنيا. جامعة آرهوس.

يكشف بحثهم الأخير عن دليل مهم يمكن أن يساعد في تقليل الاعتماد العالمي على الأسمدة الاصطناعية.

كيف تزدهر بعض النباتات بدون الأسمدة

تحتاج النباتات إلى النيتروجين لتنمو، ومعظم المحاصيل صِنف الحصول عليها فقط من خلال الأسمدة. يمكن لمجموعة صغيرة من النباتات، بما في ذلك البازلاء والبرسيم والفاصوليا، أن تنمو دون إضافة النيتروجين. تستضيف هذه النباتات البكتيريا التي تعيش بالشراكة مع جذورها وتحول النيتروجين من الهواء إلى شكل يمكن للنبات استخدامه.

ويقوم الباحثون في جميع أنحاء العالم الآن بالتحقيق في العمليات الجزيئية والوراثية وراء هذه القدرة الطبيعية، على أمل أن يتم إدخالها في نهاية المطاف إلى المحاصيل الغذائية الرئيسية مثل القمح والشعير والذرة.

وإذا أمكن نقل هذه السمة بنجاح، فمن الممكن أن تصبح هذه المحاصيل مكتفية ذاتيا من النيتروجين. وهذا من شأنه أن يقلل الطلب على الأسمدة الاصطناعية، التي تتطلب حاليا حوالي 2% من إجمالي استهلاك الطاقة في العالم وتنتج كميات كبيرة من ثاني أكسيد الكربون₂ الانبعاثات.

التبديل الجزيئي الذي يحكم التكافل

حدد العلماء في جامعة آرهوس تغييرات صغيرة ولكنها حاسمة في مستقبلات النبات التي تؤثر على ما إذا كان الجهاز المناعي متوقفًا لفترة كافية للسماح للبكتيريا المثبتة للنيتروجين بتكوين شراكة مع النبات.

تستخدم النباتات المستقبلات الموجودة على أسطح خلاياها للكشف عن الإشارات الكيميائية الصادرة عن الكائنات الحية الدقيقة في التربة.

تطلق بعض البكتيريا مركبات تخبر النبات بأنها “أعداء”، مما يؤدي إلى رد فعل دفاعي. يشير آخرون إلى أنهم “أصدقاء” قادرون على توفير العناصر الغذائية.

البقوليات مثل البازلاء والفاصوليا والبرسيم ترحب بالبكتيريا المفيدة في جذورها. داخل هذه الأنسجة الجذرية، تقوم البكتيريا بتحويل النيتروجين من الهواء وتشاركه مع النبات. تُعرف هذه الشراكة باسم التكافل وتشرح لماذا يمكن أن تنمو البقوليات دون إضافة الأسمدة.

ووجد الباحثون في جامعة آرهوس أن هذه القدرة تتأثر بقوة باثنين الأحماض الأمينيةوهي عبارة عن “لبنات بناء” صغيرة في البروتين الموجود في جذور النبات.

تقول سيمونا رادوتويو: “هذه نتيجة رائعة ومهمة”. يعمل البروتين الجذري بمثابة “مستقبل” يقرأ الإشارات الواردة من البكتيريا ويقرر ما إذا كان سيتم تنشيط جهاز المناعة (الإنذار) أو السماح بالتكافل.

تحديد محددات التكافل 1

حدد الفريق منطقة صغيرة في بروتين المستقبل تسمى Symbiosis Determinant 1. تعمل هذه المنطقة كمفتاح يتحكم في الرسالة التي يتم إرسالها داخل الخلية النباتية.

ومن خلال تغيير اثنين فقط من الأحماض الأمينية ضمن هذا المفتاح، يمكن للباحثين تغيير المستقبل الذي يحفز المناعة بشكل طبيعي بحيث يبدأ بدلاً من ذلك التعايش مع البكتيريا المثبتة للنيتروجين.

يوضح رادوتويو: “لقد أظهرنا أن تغييرين صغيرين يمكن أن يدفعا النباتات إلى تغيير سلوكها عند نقطة حاسمة – من رفض البكتيريا إلى التعاون معها”.

توسيع نطاق الاختراق ليشمل المحاصيل الرئيسية

وفي التجارب المعملية، نجح الباحثون في تعديل نبات اللوتس الياباني. ثم طبقوا نفس النهج على الشعير ولاحظوا نفس التأثير.

يقول كاسبر روجكير أندرسن: “من اللافت للنظر أننا الآن قادرون على أخذ مستقبل من الشعير، وإجراء تغييرات صغيرة فيه، ثم يعمل تثبيت النيتروجين مرة أخرى”.

التأثير المحتمل كبير. وإذا أمكن إدخال هذا التعديل على الحبوب المزروعة على نطاق واسع، فقد يكون من الممكن في يوم من الأيام زراعة القمح أو الذرة أو الأرز التي يمكنها تثبيت النيتروجين بنفسها، على غرار البقوليات.

تقول سيمونا رادوتويو: “لكن علينا أن نجد المفاتيح الأساسية الأخرى أولاً”، مضيفة:

“فقط عدد قليل جدًا من المحاصيل يمكنها تحقيق التكافل اليوم. وإذا تمكنا من توسيع نطاق ذلك ليشمل المحاصيل المستخدمة على نطاق واسع، فيمكن أن يحدث ذلك فرقًا كبيرًا في كمية النيتروجين التي يجب استخدامها.”

المرجع: “اثنان من المخلفات يعيدان برمجة مستقبلات المناعة من أجل تكافل تثبيت النيتروجين” بقلم ماجداليني تسيتسيكلي، بين سيمونسن، ثي-بيش لو، ماريا م. لارسن، كاميلا ج. أندرسن، كيرا جيسيل، داميانو ليروني، كريستينا كروناور، هنرييت روبسام، سيمون بي هانسن، رينيه بيرينتسين، جيسبر لوندسجارد وولف، سارة هولت يوهانسن، وغوليندام سيزر، وجينز ستوغارد، وكاسبر روجكير أندرسن، وسيمونا رادوتويو، 5 نوفمبر 2025، طبيعة.
دوى: 10.1038/s41586-025-09696-3

لا تفوت أي اختراق: انضم إلى النشرة الإخبارية SciTechDaily.
تابعونا على جوجل و أخبار جوجل.