نبات معدل وراثيًا

تم هندسة النباتات المعدلة وراثيًا لأغراض البحث العلمي، ولإنتاج ألوان جديدة في النباتات، ولتوصيل اللقاحات، ولتحسين المحاصيل. يمكن هندسة جينومات النباتات باستخدام طرق فيزيائية أو باستخدام بكتيريا الأجروبكتيريوم لتوصيل التسلسلات الموجودة في نواقل T-DNA الثنائية . تتميز العديد من خلايا النباتات بقدرتها على التمايز إلى أنواع متعددة من الخلايا ، مما يعني أنه يمكن حصاد خلية واحدة من نبات بالغ، ثم في ظل الظروف المناسبة، تكوين نبات جديد. غالبًا ما يستغل مهندسو الوراثة هذه القدرة من خلال اختيار الخلايا التي يمكن تحويلها بنجاح إلى نبات بالغ، والذي يمكن بعد ذلك زراعته لإنتاج نباتات جديدة متعددة تحتوي كل خلية منها على الجين المنقول، وذلك من خلال عملية تُعرف باسم زراعة الأنسجة . ^{[ 1 ]}

لقد تحققت معظم التطورات في مجال الهندسة الوراثية من خلال التجارب التي أُجريت على نبات التبغ . فقد انبثقت إنجازات كبيرة في زراعة الأنسجة وآليات الخلايا النباتية لمجموعة واسعة من النباتات من أنظمة طُوّرت على التبغ. ^{[ 2 ]} كان التبغ أول نبات يُهندس وراثيًا، ويُعتبر كائنًا نموذجيًا ليس فقط في الهندسة الوراثية، بل في العديد من المجالات الأخرى. ^{[ 3 ]} وبذلك، فإن أدوات وإجراءات التعديل الوراثي راسخة، مما يجعله من أسهل النباتات التي يمكن تحويلها وراثيًا. ^{[ 4 ]} ومن الكائنات النموذجية الرئيسية الأخرى ذات الصلة بالهندسة الوراثية نبات رشاد أذن الفأر (Arabidopsis thaliana) . فصغر حجم جينومه وقصر دورة حياته يسهلان التعامل معه، كما أنه يحتوي على العديد من الجينات المتماثلة مع أنواع محاصيل مهمة. ^{[ 5 ]} كان رشاد أذن الفأر أول نبات يُجرى تسلسله الجيني ، ويتوفر له موارد معلوماتية حيوية وفيرة ، ويمكن تحويله وراثيًا ببساطة عن طريق غمس زهرة في محلول بكتيريا أغروباكتيريوم مُعدّلة وراثيًا . ^{[ 6 ]}

في مجال البحث العلمي، تُجرى هندسة وراثية على النباتات للمساعدة في اكتشاف وظائف جينات معينة. وأبسط طريقة لتحقيق ذلك هي إزالة الجين وملاحظة النمط الظاهري الناتج مقارنةً بالنمط البري . وأي اختلافات قد تكون ناتجة عن الجين المفقود. وعلى عكس الطفرات الوراثية ، تسمح الهندسة الوراثية بإزالة الجينات بشكل مُوجَّه دون التأثير على الجينات الأخرى في الكائن الحي. ^{[ 1 ]} بعض الجينات لا تُعبَّر إلا في أنسجة معينة، لذا يمكن ربط جينات مُبلِّغة، مثل GUS ، بالجين محل الاهتمام، مما يسمح بتحديد موقعه. ^{[ 7 ]} ومن الطرق الأخرى لاختبار الجين تعديله تعديلاً طفيفاً ثم إعادته إلى النبات لمعرفة ما إذا كان سيظل له التأثير نفسه على النمط الظاهري. وتشمل الاستراتيجيات الأخرى ربط الجين بمُحفِّز قوي ومراقبة ما يحدث عند فرط التعبير عنه، أو إجبار الجين على التعبير في موقع مختلف أو في مراحل نمو مختلفة . ^{[ 1 ]}

بعض النباتات المعدلة وراثيًا هي نباتات زينة بحتة . يتم تعديلها لتحسين لون الزهرة، ورائحتها، وشكلها، وبنية النبات. ^{[ 8 ]} كانت أولى نباتات الزينة المعدلة وراثيًا التي تم تسويقها هي تلك ذات اللون المتغير. ^{[ 9 ]} تم طرح القرنفل في عام 1997، وكان أكثر الكائنات المعدلة وراثيًا شيوعًا هو الورد الأزرق (في الواقع، لونه بنفسجي فاتح أو بنفسجي داكن) الذي تم إنتاجه في عام 2004. ^{[ 10 ]} تُباع هذه الورود في اليابان والولايات المتحدة وكندا. ^{[ 11 ] [ 12 ]} تشمل نباتات الزينة الأخرى المعدلة وراثيًا الأقحوان والبيتونيا . ^{[ 8 ]} إلى جانب زيادة قيمتها الجمالية ، هناك خطط لتطوير نباتات زينة تستهلك كميات أقل من الماء أو تكون مقاومة للبرد، مما يسمح بزراعتها خارج بيئاتها الطبيعية. ^{[ 13 ]}

لقد طُرحت فكرة تعديل بعض أنواع النباتات المهددة بالانقراض وراثيًا لتصبح مقاومة للأمراض والآفات الغازية، مثل حفار الرماد الزمردي في أمريكا الشمالية، ومرض فطر سيراتوسيستيس بلاتاني في أشجار الدلب الأوروبية . ^{[ 14 ]} وقد ألحق فيروس بقعة البابايا الحلقية ( PRSV) دمارًا كبيرًا بأشجار البابايا في هاواي خلال القرن العشرين، إلى أن تم تزويد نباتات البابايا المعدلة وراثيًا بمقاومة مستمدة من مسببات الأمراض. ^{[ 15 ]} ومع ذلك، لا يزال التعديل الوراثي لأغراض الحفاظ على النباتات في معظمه نظريًا. ومن المخاوف الفريدة أن النوع المعدل وراثيًا قد لا يُظهر تشابهًا كافيًا مع النوع الأصلي ليُعتبر حقًا نوعًا جديدًا، مما يقلل من قيمة التعديل الوراثي في ​​الحفاظ على الأنواع. ^{[ 14 ]}

المحاصيل المعدلة وراثيًا هي نباتات معدلة وراثيًا تُستخدم في الزراعة . تُستخدم المحاصيل الأولى كغذاء للحيوانات أو البشر، وتتميز بمقاومتها لبعض الآفات والأمراض والظروف البيئية والتلف والمعالجات الكيميائية (مثل مقاومة مبيدات الأعشاب ). ^{[ 16 ]} ويهدف الجيل الثاني من المحاصيل إلى تحسين جودتها، غالبًا عن طريق تغيير تركيبها الغذائي . أما الجيل الثالث من المحاصيل المعدلة وراثيًا، فيمكن استخدامه لأغراض غير غذائية، بما في ذلك إنتاج المستحضرات الصيدلانية والوقود الحيوي وغيرها من المنتجات الصناعية المفيدة، بالإضافة إلى استخدامه في المعالجة الحيوية . ^{[ 17 ]}

تتمثل الأهداف الرئيسية للتقدم الزراعي في ثلاثة جوانب: زيادة الإنتاج، وتحسين ظروف العاملين الزراعيين، والاستدامة . وتساهم المحاصيل المعدلة وراثيًا في تحسين المحاصيل من خلال تقليل ضغط الحشرات، وزيادة القيمة الغذائية، وتحمل مختلف الضغوط البيئية . ورغم هذه الإمكانات، فإن المحاصيل التجارية، حتى عام 2018، تقتصر في الغالب على المحاصيل النقدية مثل القطن وفول الصويا والذرة والكانولا، وتوفر غالبية الصفات المُدخلة إما تحمل مبيدات الأعشاب أو مقاومة الحشرات. ^{[ 17 ]} وشكّل فول الصويا نصف إجمالي المحاصيل المعدلة وراثيًا المزروعة في عام 2014. ^{[ 18 ]} وقد كان تبني المزارعين لهذه المحاصيل سريعًا، فبين عامي 1996 و2013، زادت المساحة الإجمالية للأراضي المزروعة بالمحاصيل المعدلة وراثيًا بمقدار 100 ضعف، من 17,000 كيلومتر مربع (4,200,000 فدان) إلى 1,750,000  كيلومتر ^مربع (432 مليون فدان). ^{[ 19 ]} مع ذلك، كان الانتشار الجغرافي غير متساوٍ للغاية، حيث شهد نموًا قويًا في الأمريكتين وأجزاء من آسيا، ونموًا ضئيلًا في أوروبا وأفريقيا. ^{[ 17 ]} أما الانتشار الاجتماعي والاقتصادي فكان أكثر توازنًا، حيث زُرع ما يقرب من 54% من المحاصيل المعدلة وراثيًا في جميع أنحاء العالم في البلدان النامية عام 2013. ^{[ 19 ]}