شجرة معدلة وراثيًا

تُبدي العديد من الشركات والمنظمات (بما في ذلك ArborGen ^{[ 17 ]} وGLBRC ^{[ 18 ]} ...) في صناعة اللب والورق اهتمامًا باستخدام تقنية التعديل الوراثي لتغيير محتوى اللجنين في أشجار المزارع (وخاصة أشجار الكينا والحور ^{[ 19 ]} ). وتشير التقديرات إلى أن تقليل اللجنين في أشجار المزارع عن طريق التعديل الوراثي قد يُخفض تكاليف صناعة اللب بما يصل إلى 15 دولارًا أمريكيًا للمتر المكعب. [ ^{20 ] وتعتمد} إزالة اللجنين من ألياف الخشب تقليديًا على مواد كيميائية باهظة الثمن وخطرة على البيئة . ^{[ 21 ]} ومن المأمول أن يؤدي تطوير أشجار معدلة وراثيًا منخفضة اللجنين إلى تقليل المدخلات المطلوبة في عمليات صناعة اللب والتبييض، ^{[ 22 ]} وبالتالي، قد يكون للمصانع التي تُزود بأشجار معدلة وراثيًا منخفضة اللجنين تأثير أقل على النظم البيئية والمجتمعات المحيطة بها. ^{[ 23 ]} مع ذلك، يُجادل البعض بأن انخفاض نسبة اللجنين قد يُضعف البنية الهيكلية للنبات، مما يجعله أكثر عرضةً للرياح والثلوج ومسببات الأمراض والأمراض، ^{[ 24 ]} الأمر الذي قد يستدعي استخدام مبيدات حشرية بكميات تتجاوز تلك المستخدمة في المزارع التقليدية. ^{[ 25 ]} وقد ثبتت صحة هذا الرأي، وطُوّر نهج بديل اتبعته جامعة كولومبيا. يتمثل هذا النهج في إدخال روابط كيميائية غير مستقرة (عن طريق إدخال جين من نبات أنجليكا سينينسيس )، مما يسمح بتحلل اللجنين بسهولة أكبر. ^{[ 26 ]} وبفضل هذا النهج الجديد، لا يتحلل اللجنين في الأشجار بسهولة عند معالجته بقاعدة خفيفة في درجات حرارة تصل إلى 100 درجة مئوية فحسب، بل تحافظ الأشجار أيضًا على إمكانات نموها وقوتها. ^{[ 27 ]}

يمكن للتعديل الوراثي أن يُمكّن الأشجار من التكيف مع الضغوطات غير الحيوية ، مما يُوسّع نطاق انتشارها الجغرافي. ^{[ 28 ]} تُجرى حاليًا اختبارات على أشجار الكينا المعدلة وراثيًا والمقاومة للصقيع، والمُخصصة للاستخدام في مزارع جنوب الولايات المتحدة، في مواقع مفتوحة لتحقيق هذا الهدف. وتقود شركة ArborGen، وهي شركة للتكنولوجيا الحيوية للأشجار ومشروع مشترك بين شركات صناعة اللب والورق Rubicon (نيوزيلندا)، و MeadWestvaco (الولايات المتحدة)، و International Paper (الولايات المتحدة) ^{[ 29 ]} ، هذا البحث. ^{[ 30 ]} وحتى الآن، اقتصرت زراعة الكينا على الطرف الجنوبي من فلوريدا، ومن شأن مقاومة الصقيع أن تُوسّع نطاق زراعتها شمالًا بشكل كبير. ^{[ 31 ]}

تتطلب أشجار البساتين جذراً ذا قوة نمو منخفضة لكي تبقى صغيرة الحجم. ويمكن للتعديل الوراثي أن يُتيح الاستغناء عن هذا الجذر، وذلك بجعل الشجرة أقل قوة نمو، وبالتالي تقليل ارتفاعها عند اكتمال نموها. وتُجرى حالياً أبحاث لتحديد الجينات المسؤولة عن قوة نمو أشجار البساتين (مثل التفاح والكمثرى، ...). ^{[ 32 ] [ 33 ]}

يعمل العلماء على تطوير أشجار قادرة على تراكم كتلة حيوية أكبر والنمو بشكل أسرع. في عام 2015، حصل صنف معدل وراثيًا من الأوكالبتوس ، يُعرف باسم H421، والذي يتميز بحجم خشب أكبر ونمو متسارع، على موافقة الجهات التنظيمية في البرازيل لطرحه تجاريًا. ^{[ 34 ] [ 35 ]} وقد طُوّر هذا الصنف من قِبل شركة FuturaGene ، وهي شركة للتكنولوجيا الحيوية تابعة لشركة Suzano البرازيلية لصناعة اللب والورق، في عام 2000 باستخدام تقنية إعادة التركيب الجيني بواسطة بكتيريا Agrobacterium tumefaciens ، حيث تم إدخال جين cel1 ، المستخلص من نبات Arabidopsis thaliana ، في جينوم هجين من Eucalyptus grandis × E. urophylla . يُشفّر هذا الجين إنزيم endo-(1,4)-β-glucanase Cel1، الذي ترتبط وظيفته بإعادة تشكيل جدار الخلية أثناء النمو. ^{[ 34 ]} تعمل إنزيمات الإندوغلوكاناز عن طريق كسر الروابط في مناطق السليلوز غير المتبلور وفي الزيلوجلوكان ، وهما مكونان بنيويان لجدار الخلية النباتية . تقلل هذه العملية من الترابط بين هذه الألياف، مما يزيد من مرونة مصفوفة جدار الخلية ويسهل تمدد الخلية واستطالتها. ^{[ 36 ] [ 37 ]} في نبات الرشاد (Arabidopsis thaliana) ، يُعبر عن إنزيم Cel1 بكثافة في الأنسجة الفتية سريعة النمو، وهو ضروري لاستطالة الخلية. ^{[ 38 ] [ 39 ]} عند نقله إلى شجرة الكينا، وفرت هذه الآلية مرونة أكبر لجدار الخلية، مما سمح للخلايا بالتمدد بشكل أكبر وتراكم المزيد من الكتلة الحيوية. ^{[ 34 ]} صرح ستانلي هيرش، الرئيس التنفيذي لشركة FuturaGene: "تنمو أشجارنا بشكل أسرع وأكثر كثافة. نحن متقدمون على الجميع. لقد أثبتنا قدرتنا على زيادة غلة الأشجار ومعدلات نموها أكثر من أي شيء يُزرع بالتهجين التقليدي." ^{[ 40 ]}

قام باحثون في كلية علوم الحياة بجامعة مانشستر بتعديل جينين في أشجار الحور، يُطلق عليهما PXY وCLE، وهما المسؤولان عن معدل انقسام الخلايا في جذوع الأشجار. ونتيجة لذلك، تنمو الأشجار بمعدل ضعف المعدل الطبيعي، وتصبح أطول وأعرض وأكثر كثافة في الأوراق. ^{[ 41 ]}

تُجرى حاليًا أبحاثٌ ذات دوافع بيئية في مجال التعديل الوراثي. وهناك برامجٌ جاريةٌ تهدف إلى تعزيز مقاومة الأشجار للأمراض ، مثل شجرة الكستناء الأمريكية ^{[ 42 ]} (انظر: لفحة الكستناء ) وشجرة الدردار الإنجليزية ^{[ 43 ]} (انظر: مرض الدردار الهولندي )، وذلك بهدف إعادة إدخالها إلى بيئتها الطبيعية. وقد أدت أمراضٌ مُحددةٌ إلى انخفاض أعداد هذه الأنواع الرمزية إلى حدٍّ كبيرٍ أدى إلى انقراضها تقريبًا في البرية. ويجري العمل على التعديل الوراثي بالتزامن مع تقنيات التربية التقليدية في محاولةٍ لتزويد هذه الأنواع بمقاومةٍ للأمراض. ^{[ 44 ]}

يُعدّ الأوكالبتوس المُعدّل وراثيًا (Bt eucalyptus) صنفًا مُعدّلًا وراثيًا مُطوّرًا لمقاومة هجمات الحشرات، وخاصةً حرشفيات الأجنحة المُتلفة للأوراق . ^{[ 45 ]} يُمكن لهذه الآفات أن تُقلّل الإنتاجية بشكلٍ كبير، مع خسائر تصل إلى 40% سنويًا، ^{[ 46 ]} بالإضافة إلى تأثيرها السلبي على جودة الخشب وإنتاج اللب . ^{[ 47 ]} أدخلت شركة FuturaGene ثلاثة جينات من بكتيريا Bacillus thuringiensis (Bt) إلى الأوكالبتوس. تُنتج هذه البكتيريا بروتينات مُبيدة للحشرات تُسمى Cry ، والتي تستهدف على وجه التحديد أمعاء بعض اليرقات. في حالة الأوكالبتوس المُعدّل وراثيًا (Bt eucalyptus)، تمّ إدخال الجينات Cry1Ab و Cry1Bb و Cry2Aa ، مما يضمن حماية واسعة النطاق ضدّ مُتلفات الأوراق. ^{[ 45 ]} تمت الموافقة على حدث Bt رقم 1521K059 من قِبل CTNBio في عام 2023. ^{[ 48 ]}

طورت شركة FuturaGene أشجار الكينا المعدلة وراثيًا المقاومة لمبيد الأعشاب غليفوسات ، وحصلت على موافقة في البرازيل لاستخدامها تجاريًا . ^{[ 49 ]} وقد زُوِّدت هذه الأشجار المعدلة وراثيًا بجين cp4-epsps ، الذي يُعبِّر عن نسخة من إنزيم سينثاز 5-إينول بيروفيل شيكيمات-3-فوسفات (EPSPS)، ^{[ 50 ]} المرتبط بتخليق الأحماض الأمينية الأساسية فينيل ألانين ، وتيروسين ، وتربتوفان ، ^{[ 51 ]} من سلالة CP4 من بكتيريا Agrobacterium tumefaciens ، والتي لا يُثبَّط إنتاجها بواسطة غليفوسات. ^{[ 50 ] [ 52 ] [ 53 ]}

في عام ٢٠٠٢، وافقت إدارة الدولة للغابات في الصين على استخدام أشجار الحور المعدلة وراثيًا تجاريًا. ^{[ ٥٤ ]} لاحقًا، زُرع ١.٤ مليون شجرة حور معدلة وراثيًا منتجة لمبيد حشري ( Bt ) في الصين. زُرعت هذه الأشجار من أجل أخشابها وكجزء من مشروع "الجدار الأخضر" الصيني ، الذي يهدف إلى مكافحة التصحر . ^{[ ٥٥ ]} تشير التقارير إلى أن أشجار الحور المعدلة وراثيًا قد انتشرت خارج منطقة زراعتها الأصلية ^{[ ٥٦ ]} وأن هناك تلوثًا يحدث لأشجار الحور المحلية بجين Bt. ^{[ ٥٧ ]} يثير هذا التطور قلقًا بالغًا، لا سيما أن صفة إنتاج المبيد الحشري قد تمنح الحور ميزة انتقائية إيجابية، مما يسمح له بقدرة عالية على الانتشار . ^{[ ٥٨ ]}

في عام 2015، حصل صنف معدل وراثيًا من الأوكالبتوس ، وهو الصنف H421، الذي يتميز بحجم خشب أكبر، على موافقة الجهات التنظيمية في البرازيل لطرحه تجاريًا من قبل اللجنة الفنية الوطنية للسلامة البيولوجية (CTNBio)، ليصبح بذلك أول صنف معدل وراثيًا من الأوكالبتوس يُعتمد في العالم. ^{[ 34 ]} لاحقًا، تمت الموافقة على أصناف أخرى معدلة وراثيًا من الأوكالبتوس في البلاد، والتي تتضمن سمات مقاومة الآفات وتحمل مبيدات الأعشاب. ^{[ 59 ]}