مصدر التغييرات الوراثية في زراعة الأنسجة النباتية

قد يرجع التباين الحادث في زراعة الأنسجة جزئياً أو كلياً إلى التغييرات الموجودة في النبات الأم مصدر الخلايا أو الأجزاء النباتية المستخدمة في الزراعة.

تحتوي خلايا بعض النباتات خاصة تلك التي تعرف بـ polysomatic على طرز وراثية متباينة وذلك على الرغم من التشابه المظهري فيها، وتكثر هذه الظاهرة في بعض النباتات كالدخان والشعير (2005 ,Jayasankar). وقد حدث جدل حول ما إذا كان هذا النوع من التضاعف نتيجة أم سبب للتكشف، ويخلص (1996) Bhejwani & Razdan إلى أن هذا التضاعف يمنع الخلية التي سلكت مسلك التكشف من الانقسام مرة أخرى تحت الظروف الطبيعية. وربما تحتوي بعض خلايا النبات الأم على طفرات لكن لا تكون واضحة في الشكل الظاهري. فعلى سبيل المثال قد تكون إحدى خلايا الورقة محتوية على طفرة في أحد الجينات المسئول عن تكوين اللون في الأزهار، أو تكون أحد خلايا عنق الورقة المستعملة كمصدر للمستأصل المنزرع بها تضاعف كروموسومي.

وفي الغالب لا تلاحظ تلك الاختلافات في الظروف الطبيعية لكن إذا قدر لهذه الخلية أن تتكشف إلى نبات أو على الأقل المشاركة في تكوين النبات المتكشف فإن هذه الطفرة ستتضح في الشكل الظاهري للنبات المستولد وأمكن بالفعل إنتاج أصناف جديدة من نباتات الازاليا بزراعة الأجزاء الملونة من بتلات أحد الأصناف ويرجع ذلك لكون الجزء الملون وعلى العكس من باقي البتلة به تضاعف كروموسومی De Schepper et al., 2004) ) لكن الكثير من التغييرات الحادثة في النباتات الناتجة من زراعة الأنسجة تكون مستحدثة أي غير موجودة بالنبات الأم. وتحدث معظمها في المراحل الثلاث الأساسية من زراعة الأنسجة. فقد يكون ذلك أثناء مرحلة تأسيس المزرعة وغالباً ما يتضح ذلك في عزل البروتوبلاست دون غيره من أنواع زراعة الأنسجة، أو أثناء مرحلتي النمو والإستيلاد، وتحدث كثير من هذه التغييرات في هاتين المرحلتين حيث يحدث انقسام سريع جدا في الخلايا بالمقارنة بالمعدل العادي من الانقسام. ويمكن توضيح مصدر التباين في زراعة الأنسجة إلى ما يلي:

1. التغييرات الراجعة إلى النبات الأم

يقدر (2009) ,.Neumannet al متوسط عدد الخلايا بالمستأصل النباتي بين 000.10 إلى 000.15 خلية أو أكثر. وربما يفترض تشابه التركيب الوراثي لجميع خلايا النسيج لكن من الثابت الآن وجود مجموعة من الخلايا الخضرية ذات تركيب وراثي مختلف في نفس النسيج، وتتعاون كلا المجموعتين في تكوين أنسجة النبات والقيام بالوظائف المختلفة. ويشير (1980) D'Amato أن حوالي 90 % من النباتات الطبيعية مغطاة البذور تحتوي على تغييرات وراثية في خلاياها. وعلى هذا فإن معظم الخلايا في الأنسجة البالغة كخلايا النخاع والبشرة وغيرها تظهر مستويات مختلفة من التغييرات الوراثية. وعلى العكس من ذلك فإن الخلايا في القمم الميرستيمية تقع تحت نظام تحكم عالي يضمن الثبات الوراثي بدرجة عالية لكن أثناء التكشف يحدث هذا الخلل في بعض الخلايا، وربما يصل التضاعف الكروموسومي في بعض الحالات إلى ثمان مرات. وقد يتدرج ذلك التباين من تغير بسيط غير ملحوظ كتغير في بعض الصفات الفسيولوجية في الخلايا المشتركة في تكوين النسيج إلى تغير مورفولوجي واضح من اتحاد خلايا من نوعين مختلفين وهو ما يعرف بالكيميرا. وبفرض أنه تم استعمال نسيج به كيميرا للإكثار الدقيق فمن المتوقع أن تكون النباتات المستولدة منه متباينة على أساس التباين الموجود في الخلايا التي تكشفت منها كما يتضح من شكل رقم (1) فربما تتكشف النباتات من نسيج واحد فقط من أو من النسيجيين معاً.

كذلك الأمر فإن معدل التباين يكون عالي عند استعمال أنسجة بالغة متكشفة كمصدر للجزء المنزرع لأن بعض الخلايا المتكشفة والتي لها وظائف محددة يكون بها صور من التغييرات الكروموسومية العددية حيث يحدث تضاعف في هذه الخلايا دون انقسام النواة أو تنقسم النواة لكن لا يحدث انقسام للسيتوبلازم ولا يتكون الجدار الخلوي وهو ما يعرف بالتضاعف الداخلي Endoreduplication. وتعرف الخلايا التي بها صور مختلفة من التضاعف الكروموسومي في الأنسجة الجسدية Polysomaty or Polysomatine . ويكثر وجود هذه الصور من التضاعف في الأنواع النباتية المتضاعفة مثل الأرز والدخان والبطاطس. وقد تحتوي الخلية أيضا على عدد أقل من الكروموسومات بالمقارنة بالخلية العادية (التعدد الكروموسومي غير التام). ويعتبر الإكثار عن طريق مزارع البروتوبلاست أو الأجنة الجسدية طريقة فعالة للحد من التباين بين النباتات الناتجة من مزارع الأنسجة حيث يتكون النبات من خلية واحدة فيكون تركيبه الوراثي واحد (2009 .Neumannet al).

شكل يبين: مصادر التباين الوراثي في النباتات المتكشفة من زراعة الأنسجة (1993 ,George).

ومن الواضح أن من أسباب الخلل الكروموسومى الحادث أثناء الانقسام الميتوزي هو فشل خيوط المغزل في التكون أو وجودها في أكثر من قطبين في الخلية. أو قد يحدث ذلك الخلل في عدد الكروموسومات نتيجة توقف الخلية عن الانقسام في طور G2 ثم دخول الخلية في مرحلة G1 دون إتمام الانقسام الميتوزي العادي. وأحيانا يتلازم التكشف مع حدوث خلل في عملية الانقسام كحدوث أكثر من انقسام للسيتوبلازم أثناء انقسام الخلية. كما قد يحدث تضاعف للكروماتيدات أثناء الطور S من الانقسام الخلوي دون حدوث انفصال لهذه الكرومايتدات. هذه الصور غير الطبيعية من الانقسام الخلوي غير شائعة الحدوث في الخلايا الميرستيمية والأنسجة المشتركة في الإكثار الجنسي، وذلك لميكانيكية عمل الخلية المحكمة في الظروف الطبيعية للمحافظة على ثبات تركيبها الوراثي. وإذا تم استعمال نسيج به خلايا تحتوي على إحدى هذه الصور من الخلل الكروموسومى فيتوقع أن تحتوي الخلايا الناتجة بالانقسام وبالتالي النبيتات المستولدة من هذا النسيج على نفس الاختلافات الموجودة في النبات الأم بالإضافة إلى صور جديدة لم تكن موجودة في النبات الأم. ويمكن التعرف على هذه الاختلافات بمقارنة هذه النباتات مع الأم.

2. التغييرات الراجعة إلى الجزء المنزرع

تحتوي بعض أجزاء النبات البالغ على خلايا بها صوراً من الطفرات الموضعية أو التضاعف الكروموسومى بنسب متباينة في الأنسجة المختلفة كما سبق ذكره. لكن يجب التنويه هنا إلى أن بعض الأنسجة تكون أكثر عرضة لحدوث اختلافات في العدد الكروموسومى دون غيرها. وتزيد نسبة هذه التغييرات في الأنسجة غير الميرستيمية أو غير الجنينية. ومن ثم يلاحظ أن أكثر أنواع الكالس ثباتاً من الناحية الوراثية هو الناتج من الأنسجة الميرستيمية وأجزاء البادرات حيث تكون معظم الخلايا في الحالة الميرستيمية وبالفعل أكدت كثير من الدراسات هذه الظاهرة (1993 George). وهناك بعض الاستثناءات البسيطة كزيادة معدل التغييرات الوراثية في الكالس المتكشف من البراعم الجانبية لنباتات البطاطا الحلوة (1983 ,Moyer and Collins). كما يستثنى من ذلك أنسجة الأوراق الفلقية لبعض الأنواع النباتية حيث تحتوي على نسبة عالية من التضاعف الكروموسومى مقارناً مع الأنسجة الأخرى. وقد كانت كل نباتات الأناناس المتكشفة من syncarp وهي (اتحاد عدد من المبايض مع بعضها) وكذلك تلك التي مصدرها slip (السيقان الصغيرة التي تنمو تحت الثمار) متباينة، بينما انخفض هذا المعدل إلى 7% فقط من النباتات المستولدة من الكالسات التي مصدرها منطقة التاج (1979 ,Wakasa ). وكذلك كان العديد من النباتات التي مصدرها كالس من البذور متباينة على العكس من النباتات التي مصدرها كالس من النورات الزهرية. وفي العديد من الحالات وجد أن النبيتات المتكشفة من استعمال الأوراق الفلقية بينها تباين أكثر بالمقارنة مع استعمال الأوراق الحقيقية (1996 Bhojwani & Radan.,).

3. التغييرات الحادثة أثناء الزراعة

يرجع جزء كبير من التغييرات الوراثية الحادثة في زراعة الأنسجة إلى ظروف الزراعة نفسها التي تسبب تلك التغييرات والتي يمكن الاستفادة منها في الانتخاب والتحسين النباتي كما هو مبين في الشكل رقم (2) حيث من السهل التحكم في تلك الظروف وتوجيهها لإحداث معدل عالي من التغييرات الوراثية.

شكل 2: انتخاب نبات متباين وراثيا عن النبات الأم باستعمال الانتخاب المعملي لخلايا حدث بها تباين أثناء الانقسام (1991 Stafford & Warren).