نجح الباحث الدكتور محيي الدين سليمان محمد، الأستاذ المشارك بقسم التقنية الحيوية في كلية الزراعة والأغذية، جامعة الملك فيصل بالمملكة، في عزل وتوصيف الجين المسؤول عن تحديد الجنس في نخيل التمر، للمرة الأولى في العالم.
وقبل هذه الدراسة، لم تكن هناك طريقة معروفة لتحديد جنس نخيل التمر، قبل مضى 5-10 سنوات من إنبات البذرة، وأجريت بحوث عديدة حول العالم لفهم طبيعة تحديد جنس النخيل، وغيره من النباتات وحيدة الجنس، التي ينفصل فيها الذكر عن الأنثى، والتي تمثل 5% تقريبًا من أنواع النباتات المعروفة، وحتى الآن لا يمكن تحديد الجنس فى هذه النباتات مبكرًا؛ لعدم وجود كروموسومات خاصة يمكن تمييزها شكليًّا بفحص الخلايا مجهريًا.
وفى النباتات وحيدة الجنس، لا توجد فروق ظاهرية بين الكروموسومات، من ثم يصعب تحديد الكرموسوم الأنثوي من المذكر، ومكان الجينات التي تحدد الجنس عليه، لهذا ذهب العلماء للبحث عن المعلمات الجزيئية التي تستطيع تحديد الذكر والأنثى بعد الإنبات، بدقة بالغة.
تقنية البي سي آر
يقول الدكتور محيي الدين سليمان: "استخدمنا طريقة جديدة وبسيطة، وهي تقنية الـ "بي سي آر PCR" الشهيرة، لمعرفة تسلسل الحمض النووي الطويل لنخيل التمر.
وأضاف أن "تحديد جنس النخيل يعتمد على العلامات الجزيئية، والتي يمكن استخدامها للتعرف على التتابعات والجينات، بحيث نستطيع بواسطة التقنية الحيوية والوراثة الجزيئية أن نستخدم دليلًا من الحمض النووي "دي إن إيه" (DNA) لمعرفة الإناث من الذكور في طور الإنبات المبكر، باستخدام واحدة أو أكثر من تقنيات الهندسة الوراثية المتاحة، مثل: تقنية الـ "بي سي آر" (PCR)، أو طريقة الانتخاب باستخدام الدلائل الجزيئية، أو انتخاب الجينات المرتبطة بالدلائل الجزيئية".
وبسؤاله حول سبب تأخر العلماء في التوصل لتقنية تحديد الجنس في النخيل حتى الآن؟ أجاب قائلًا: "بخلاف البشر الذين لديهم نظام كروموسومات "إكس واي" (XY) الشهير لتحديد الجنس، فإن كروموسومات الجنس في النخيل غير متجانسة، كما أنها شديدة التشابه في الحجم والمظهر الخارجي تحت الميكروسكوب، ما يدفعنا لعمل مقارنة في التسلسل الجيني لتحديد موضع وجود الجينات. وهذا يختلف عن البشر؛ إذ إن كروموسومات "إكس واي" مختلفة جدًا في الحجم، لدرجة يمكن التفريق بينها بسهولة".
عزل جين الذكورة
يتلخص الابتكار الجديد في اكتشاف الدكتور سليمان وفريقه الجين المسؤول عن تحديد ذكر نخيل التمر، والذي يحدد جنس السلالة، ويرمز له بالرمز "إس آر واي" (SRY)، واستطاعوا عزله وتوصيفه بدقة كبيرة.
وبخصوص ابتكار مجموعة كشف (Kit) جديدة للكشف عن جنس النخيل في مراحله المبكرة للإنبات، نجح الدكتور سليمان في تحديد جنس 4 نباتات ثنائية المسكن، في مراحل النمو المبكرة، عبر استخدام منهجية جديدة تعتمد على فك تسلسل جين مماثل لجين بشري، وهي تقنية سريعة لتحديد جنس النباتات في مراحل النمو المبكرة.
الدراسة الأولى من نوعها
وفقًا للباحث، فإن هذه الدراسة هي الأولي التي يحدد فيها جنس 4 نباتات ثنائية المسكن (الجوجوبا ونخيل التمر والبابايا والفستق)، عبر التقنية سالفة الذكر.
ويعتبر هذا النهج الجديد للكشف عن جنس النبات في مراحل نموه المبكرة، بسيطًا وذا أهمية كبيرة لمربي النبات، ويسهل الاختيار الواضح لجنس نباتات الجوجوبا ونخيل التمر في سن مبكرة، كما أنه يقلل من تكلفة زراعة النباتات المذكرة غير المنتجة.
ونجح الدكتور سليمان وفريقه في العثور على الجين المرتبط بالجنس في جميع عينات النباتات والعينات البشرية المختبرة، وتستهدف هذه التقنية تحديدًا الكشف عن تسلسل جين "إس آر واي" (SRY)، والذي فحص بشكل شامل في البشر.
ويجري الباحثون حاليًا أبحاثًا لتطوير مجموعة أدوات لتحديد جنس المحاصيل المختلفة، على أساس الكشف عن تسلسل هذا الجين.
بروتوكول تحقق مبكر
قال الدكتور محيي الدين سليمان في محاضرة علمية: تعتبر الدراسة الجديدة التي ستنشر في عدد الشهر القادم من المجلة السعودية لعلوم الأحياء، هي التقرير الأول المتعلق بالمنهجية الجديدة لتحديد جنس 4 نباتات ثنائية المسكن (الجوجوبا ونخيل التمر والبابايا والفستق).
وأجريت الدراسة لتطوير إجراء بسيط قائم على تفاعل البوليميراز المتسلسل، يمكن استنساخه وقابل للتطبيق، للتحقق المبكر من الجنس في نباتات ثنائية المسكن، والتي صممت لأول مرة بناء على فك تسلسل جين "إس آر واي" (SRY) البشري.
وحُسِّن هذا البروتوكول للتحقق المبكر من جنس النباتات الذكرية ثنائية المسكن قبل الإزهار، وخلال مراحل النمو المبكرة للغاية، ومن المتوقع أن تكون لهذا الاكتشاف آثار اقتصادية مفيدة للمربين، خاصة قبل تكاثر النباتات المزهرة ثنائية المسكن.
تحديد جنس النخيل
لطالما كان ازدواج الشكل الجنسي للنباتات ثنائية المسكن، يمثل تحديًا كبيرًا لزراعة الأشجار والمحاصيل والإنتاج الزراعي بصفة عامة، لأن تحديد الجنس في النباتات ثنائية المسكن أمر شديد التعقيد، لا سيما في مراحل النمو المبكرة وقبل الإزهار.
وفي السابق، أجري العديد من المحاولات لتحديد جنس النبات في مرحلة مبكرة، ومع ذلك لم يكلل معظم الجهود بالنجاح، وأدت إلى عدد لا يحصى من الإناث في مجال النباتات والإنتاج.
ولتحقيق إنتاج أفضل للنخيل، يجب أن تكون الإناث أكثر من الذكور ، ومع ذلك فمن المستحيل حاليًا تحديد جنس النبات في مراحل النمو المبكرة، ولا يمكن تحديده إلا عند الإزهار (في عمر خمس سنوات تقريبًا)، لذلك يعتبر التعرف على الذكور والإناث في النباتات المنتجة للبذور والفاكهة أمرًا بالغ الأهمية من منظور المزارعين ومربي النباتات، الذين يحتاجون لتحديد جنس نخيل التمر في مراحل النمو المبكرة لتحقيق نسبة الزراعة الصحيحة في الحقل.
التقنية الحيوية والوراثة الجزيئية
يقول الدكتور سليمان: "تحديد جنس النخيل يعتمد على العلامات الجزيئية التي يمكن استخدامها للتعرف على التتابعات والجينات، إذ يمكن بواسطة التقنية الحيوية والوراثة الجزيئية أن نستخدم دليلًا من الحمض النووي "دي إن إيه" (DNA)، لمعرفة الإناث من الذكور في طور الإنبات المبكر باستخدام واحدة أو أكثر من تقنيات الهندسة الوراثية المتاحة، مثل: تقنية الـ "بي سي آر" (PCR)، أو طريقة الانتخاب باستخدام الدلائل الجزيئية، أو انتخاب الجينات المرتبطة بالدلائل الجزيئية".
وأضاف: "بخلاف البشر الذين لديهم نظام كروموسومات "إكس واي" (XY) الشهير لتحديد الجنس، فإن كروموسومات الجنس في النخيل غير متجانسة، كما أنها متشابهة جدًا في الحجم والمظهر الخارجي تحت الميكروسكوب، وهذا ما يدفعنا لعمل مقارنة في التسلسل الجيني لتحديد موضع وجود الجينات. وهذا يختلف عن البشر؛ إذ إن كروموسومات "إكس واي" كروموسومات مختلفة جدًا في الحجم، لدرجة يمكن التفريق بينها بسهولة".
المعلمات الجزيئية
قبل هذه الدراسة، لم تكن هناك طريقة علمية معروفة لتحديد جنس نخيل التمر، قبل مضى 5-10 سنوات من إنبات البذرة، وأجريت بحوث عديدة حول العالم لفهم طبيعة تحديد جنس النخيل وغيره من النباتات وحيدة الجنس، التي ينفصل فيها الذكر عن الأنثى، والتي تمثل 5% تقريبًا من أنواع النباتات المعروفة.
في النباتات وحيدة الجنس، لا توجد فروق ظاهرية بين الكروموسومات، ويصعب تحديد الكرموسوم الأنثوي من المذكر، ومكان الجينات التي تحدد الجنس عليه، لهذا ذهب العلماء للبحث عن المعلمات الجزيئية التي تستطيع تحديد الذكر والأنثى بعد الإنبات بدقة بالغة.
وحتى الآن لا يمكن تحديد الجنس في هذه النباتات مبكرًا؛ لأنه لا توجد كروموسومات خاصة يمكن تمييزها شكليًا بفحص الخلايا مجهريًا، ومن هنا أتت أهمية هذا الكشف الذي تطور لتحديد الجنس في العديد من النباتات، ما له أثر كبير في البحوث الزراعية وعمليات الإكثار وإنتاج النباتات عن طريق الزراعات النسيجية، وغيرها من الطرق التقليدية.
لأول مرة على مستوى العالم
يتلخص الابتكار الجديد في اكتشاف الدكتور سليمان وفريقه من الباحثين للجين المسؤول عن تحديد ذكر نخيل التمر، والذي يحدد جنس السلالة، ويرمز له بالرمز "إس آر واي" (SRY)، وقد استطاعوا عزله وتوصيفه بدقة كبيرة.
وبعد دراسات جادة وعمل دؤوب استمر أكثر من 10 سنوات، ونشر عدة بحوث، توصل الدكتور سليمان وفريقه إلى إنتاج "كيتس" لتحديد جنس شجر نخيل التمر باستخدام تفاعل الـ"بي سي آر" (PCR) الشهير، والذي يستخدم مع مجموعة الكواشف وقوالب الحمض النووي "دي إن إيه" (DNA) من أجل تحديد جنس نخيل التمر، بعد استخراج الحمض النووي للنبات.
طُور "الكيت" الخاصة بتحديد الجنس في النخيل عبر شراكة بين جامعة الملك فيصل مع إحدى الشركات الأوروبية، وهي شركة "بيوكور" (Biocore) النمساوية-الألمانية، وأصبح جاهزًا للتسويق.
براءة اختراع وسبق علمي
يقول الدكتور محيي الدين سليمان محمد: "سجلت براءة اختراع بهذا الاكتشاف عن طريق التقدم لمكتب البراءات السعودي منذ بداية عام 2015، وسوف نقوم بتطوير هذا الكيت الخاص بتحديد الجنس، ليصبح صالحًا لتحديد الجنس لمجموعة كبيرة من النباتات ثنائية الجنس، وهذا التطوير سيكون سبقًا علميًا في مجال تحديد الجنس في النباتات لأول مرة على مستوى العالم".
وسجّل الدكتور سليمان أيضًا الجين الخاص بتحديد الجنس في نبات الجوجوبا، في "بنك الجينات" باسمه، وفُصل الجين نفسه من نباتات أخرى مثل الكيوي والفستق الحلبي، وسوف تسجل الجينات في "بنك الجينات" باسم الجامعة، لمجموعة أخرى متنوعة من النباتات ثنائية الجنس.
