بنك الجينات

تُعرف بنوك البذور ، أو مخازن البذور، بأنها مستودعات ضخمة تُخزّن فيها أنواع عديدة من البذور في درجات حرارة متجمدة. تُستخدم هذه المستودعات للحفاظ على التنوع الجيني لاستخدامه المحتمل في المستقبل. وتعتمد درجة حرارة تخزين البذور على نوعها ومدة التخزين. يُشير التخزين قصير الأجل إلى البذور التي تُخزّن لمدة تتراوح بين 3 و5 سنوات، وتُخزّن عادةً في درجات حرارة تتراوح بين 5 و10 درجات مئوية (41 إلى 50 درجة فهرنهايت) . أما التخزين متوسط ​​الأجل، فيُشير إلى البذور التي تُخزّن لمدة تتراوح بين 10 و15 سنة، وتُخزّن عادةً في درجة حرارة صفر مئوية (32 درجة فهرنهايت) . بينما تُخزّن البذور طويلة الأجل لأكثر من 50 عامًا، وتُخزّن عادةً في درجة حرارة تتراوح بين -18 و-20 درجة مئوية (0 إلى -4 درجات فهرنهايت) . ومن المهم أيضًا الحفاظ على انخفاض نسبة الرطوبة في البذور والوسط المحيط بها أثناء التخزين، وإلا فلن تكون البذور قابلة للإنبات بعد فترات طويلة في درجات حرارة متجمدة. ^{[ 1 ]} أكبر بنك بذور في العالم هو بنك بذور الألفية الموجود في مبنى ويلكوم ترست الألفية (WTMB)، والذي يقع في أراضي ويكهيرست بليس في غرب ساسكس ، بالقرب من لندن . ^{[ 2 ]}      

بنك الجينات في المختبر هو نوع آخر من بنوك الجينات التي تخزن المواد الوراثية النباتية أو الحيوانية. وهو بيئة مخبرية مضبوطة، وليست قبوًا تقليديًا بظروف جافة أو وراثية خلوية مشابهة لتلك الموجودة في بنوك البذور. تتولى بنوك الجينات في المختبر مسؤولية تخزين المواد الوراثية مثل الخلايا النباتية والأجنة والأنسجة. تُحفظ العينات عادةً في وسط غذائي، مثل أنبوب اختبار أو طبق زراعة. على سبيل المثال، تُحفظ البراعم والخلايا الأولية والخلايا المرستيمية من خلال ترتيبات خاصة للضوء ودرجة الحرارة في وسط غذائي، يكون إما هلاميًا أو سائلًا. تُستخدم هذه التقنية لحفظ النباتات عديمة البذور والنباتات التي تتكاثر لا جنسيًا أو التي تتطلب الحفظ كنسخ مستنسخة مثل الأصناف التجارية. ^{[ 3 ]} غالبًا ما تتطلب هذه العينات ظروفًا محددة للنمو، لذا يُعد هذا البنك مفيدًا لحفظ الأنسجة الحية في بيئة مضبوطة ومُدعمة اصطناعيًا. ^{[ 4 ]}

في بنك التجميد، تُحفظ المواد البيولوجية، مثل الحيوانات المنوية (في بنك الحيوانات المنوية )، والبويضات، والأجنة ، في درجات حرارة منخفضة للغاية. وعادةً ما تُحفظ في النيتروجين السائل عند درجة حرارة -196 درجة مئوية (-320.8 درجة فهرنهايت) . ^{[ 5 ]} بتجميد البذور أو الأجنة عند هذه الدرجة، يمكنها البقاء قابلة للحياة لمدة قرن على الأقل. ^{[ 1 ]} تُستخدم بنوك التجميد غالبًا لحفظ الموارد الوراثية الحيوانية بالتجميد . تُعدّ هذه الأنواع من بنوك الجينات مفيدةً لحماية الأنواع المُعرّضة للانقراض. ^{[ 6 ]} ومن الأمثلة على أكبر بنوك التجميد الحيوانية في العالم حديقة الحيوانات المجمدة التابعة لحديقة حيوان سان دييغو في سان دييغو، كاليفورنيا . ^{[ 7 ]} تحتوي مجموعة حديقة الحيوانات المجمدة على أكثر من 10,000 خلية حية، وبويضات، وأجنة، ومواد وراثية أخرى من آلاف الأنواع، بما في ذلك نوع واحد منقرض. ^{[ 8 ]} في بنوك تجميد الحيوانات، يُعد تجميد الأجنة الطريقة المفضلة بدلاً من فصل البويضة عن الحيوانات المنوية لأنها أكثر مقاومة لعملية التجميد. ^{[ 9 ]}  

يُخزَّن حبوب اللقاح بتقنية التجميد العميق المعروفة باسم التزجيج . تعتمد هذه التقنية على تجميد حبوب اللقاح دون تكوين بلورات جليدية قد تُلحق ضررًا بالغًا بها. ^{[ 6 ]} تُحفظ حبوب اللقاح في النيتروجين السائل عند درجات حرارة تتراوح بين -180 و-196 درجة مئوية (-292 إلى -320.8 درجة فهرنهايت) . يستخدم المختبر الوطني لتخزين البذور في فورت كولينز ، كولورادو ، هذه التقنية حاليًا لتخزين حبوب اللقاح. ^{[ 10 ]} كما يُمكن تجفيف حبوب اللقاح بالتجميد وتخزينها عند درجات حرارة تتراوح بين 5 و-18 درجة مئوية (41 إلى 0 درجة فهرنهايت) . ^{[ 1 ]} من العناصر المهمة التي يجب مراعاتها مستوى الرطوبة في حبوب اللقاح، فانخفاض نسبة الرطوبة فيها يُساعد على إطالة عمرها. تساعد مستويات الرطوبة المنخفضة على تجميد حبوب اللقاح دون تكوين جليد أو بلورات جليدية، مما يُسهم في الحفاظ على عمرها أثناء التخزين. ^{[ 11 ] [ 12 ]} وتختلف مستويات الرطوبة المثالية في حبوب اللقاح باختلاف نوع النبات. يمكن تقسيم حبوب اللقاح من أنواع النباتات المختلفة إلى مجموعتين: حبوب اللقاح ثنائية النواة ، ذات الغلاف الخارجي السميك، وحبوب اللقاح ثلاثية النواة ، ذات الغلاف الخارجي الرقيق . تتمتع حبوب اللقاح ثنائية النواة بعمر أطول عند تجميدها في بيئة منخفضة الرطوبة، بينما تتمتع حبوب اللقاح ثلاثية النواة بعمر أطول عند تجميدها في بيئة عالية الرطوبة. ^{[ 11 ]} ويمكن خفض مستوى الرطوبة في حبوب اللقاح بتعريضها لمحاليل ملحية مخففة، أو هلام السيليكا، أو الهواء الجاف، أو بمعالجتها كيميائيًا بمحاليل التزجيج. ^{[ 13 ]}    

بنوك الجينات الحقلية هي بنوك جينات تُعنى بإدارة العينات الحية، مثل أشجار الفاكهة والنباتات الأخرى، التي تتطلب ظروفًا محددة للنمو. وعلى عكس بنوك البذور ، تركز بنوك الجينات الحقلية على توفير نسخ احتياطية من البلازما الجرثومية ، عادةً على شكل بذور. وتُعد بنوك الجينات الحقلية عرضةً للكوارث الطبيعية والآفات والأمراض. ولذلك، تُستخدم عادةً كحل أخير إذا تعذر حفظ نوع ما بالطرق المعتادة، كما في حالة عدم إنتاجه للبذور . كما أن هذه الطريقة تستهلك مساحات أكبر من الأرض، وطاقة أكبر، ومياه أكثر من الطرق الأخرى، مما يجعلها خيارًا أقل مثالية.

من الأمثلة على بنوك الجينات الحقلية المعهد الدولي لبحوث الأرز (IRRI) في الفلبين . تُسهم هذه المنظمة في الحفاظ على آلاف الأنواع من الأرز من خلال إنشاء بنوك جينية حقلية لأصناف الأرز. ^{[ 14 ]} تتميز هذه الأنواع من الأرز بصفات خاصة، مثل مقاومتها للآفات والأمراض والجفاف . يُعد كل صنف منها مهمًا لتطوير أنواع جديدة أكثر قدرة على التكيف لمواجهة تحديات الأمن الغذائي في البلدان التي تعاني من ارتفاع معدلات الفقر والجوع.

في بنك الموارد الوراثية الحيوانية، تُخزَّن المادة الوراثية لضمان حفظها على المدى الطويل وإمكانية الوصول إليها لاستخدامات مستقبلية محتملة. يأتي الحمض النووي الموجود هنا من مجموعة متنوعة من أنواع الحيوانات المختلفة، بدءًا من الماشية والدواجن وصولًا إلى كائنات أخرى كالحشرات والحيوانات المائية. ^{[ 15 ]} وبشكل أكثر تحديدًا، تُخزَّن البويضات والأجنة والحيوانات المنوية والأنسجة الأخرى في درجات حرارة منخفضة جدًا باستخدام تقنيات التجميد المتقدمة . تُعد هذه البنوك بالغة الأهمية لحماية التنوع الجيني لهذه المجموعات، وهو أمر ضروري لبقائها وقدرتها على التكيف على المدى الطويل.

تُعدّ هذه المرافق بالغة الأهمية لحفظ المادة الوراثية للأنواع المهددة بالانقراض، وذلك لدعم برامج التربية التي تهدف إلى إنقاذها. بالنسبة للأنواع المعرضة لخطر الانقراض، يُوفّر الحمض النووي الموجود في هذه البنوك شكلاً من أشكال التأمين الجيني، إذ يُتيح إمكانية استعادة التنوع الجيني للنوع عند الحاجة. يُمكن استخدام المادة الوراثية لإعادة التنوع إلى مجموعات برية تواجه تهديدات، مثل الانحراف الوراثي أو التزاوج الداخلي . ^{[ 16 ]} في حالة عدم قدرة حيوان ما على التكاثر طبيعيًا بسبب مرض أو تغيرات بيئية، يُمكن استخدام المادة الوراثية لدعم جهود التكاثر الطبيعية لهذه المجموعات من خلال الإنقاذ الجيني. ^{[ 17 ]} يُتيح هذا النوع من الحفظ نطاقًا واسعًا من استراتيجيات الإدارة للتدخلات المستقبلية.