العقم الذكري في النباتات

📅 آخر تحديث: ٣ أغسطس ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٣ أغسطس ٢٠٢٦
الموسوعة الحرة

النباتات الذكرية العقيمة هي نباتات لا تنتج حبوب لقاح فعّالة ، مما يؤدي إلى عدم قدرتها على التلقيح الذاتي أو المساهمة بحبوب اللقاح اللازمة للتلقيح. [ 1 ] قد ينشأ العقم الذكري عن طفرات جينية في الجينوم النووي أو السيتوبلازمي، أو عيوب نمائية في تكوين المتك أو حبوب اللقاح، أو عوامل بيئية. تُستخدم أنظمة العقم الذكري الطبيعية، بالإضافة إلى الأساليب الهندسية، على نطاق واسع في تربية النباتات لتسهيل إنتاج البذور الهجينة. يُعد نمو حبوب اللقاح شديد الحساسية للظروف البيئية، حيث يُمثل الإجهاد الحراري تحديًا كبيرًا ومتزايدًا في إنتاج المحاصيل. يمكن أن تؤدي درجات الحرارة المرتفعة نهارًا أو ليلًا إلى العقم الذكري، مما ينتج عنه انخفاض في تكوين البذور أو الثمار والمحصول. [ 2 ] حتى فترة قصيرة من ارتفاع درجة الحرارة يمكن أن تُعطل نمو المتك، غالبًا عن طريق التسبب في تدهور مبكر للطبقة المغذية أو إضعاف قدرتها على تغذية حبوب اللقاح النامية. [ 2 ]

في العقم الذكري السيتوبلازمي (CMS)، [ 3 ] تؤدي عيوب التعبير الجيني للميتوكوندريا إلى تعطيل النمو الطبيعي للمتك وحبوب اللقاح، غالبًا من خلال ضعف وظيفة النسيج المغذي (التابيتوم )، وهو نسيج ضروري لنضج حبوب اللقاح. تنتشر أنظمة العقم الذكري السيتوبلازمي على نطاق واسع في النباتات المزهرة، وقد استُغلت على نطاق واسع في تربية المحاصيل لتسهيل إنتاج البذور الهجينة . [ 4 ] في بعض الأنظمة المُهندسة، استُخدمت مناهج جينية مُستهدفة لتعطيل وظيفة النسيج المغذي بشكل انتقائي لتحفيز العقم الذكري. تُسبب الطفرات تحلل الميتوكوندريا في هذه الخلايا المُحددة، مما يؤدي إلى موت الخلايا، وبالتالي توقف إنتاج حبوب اللقاح. [ 5 ]

أنواع العقم عند الرجال

يمكن تصنيف العقم الذكري في النباتات بشكل عام بناءً على أساسه الجيني والآليات التي يُعبَّر بها عن العقم. [ 5 ] تشمل الفئات الرئيسية العقم الذكري السيتوبلازمي، والعقم الذكري الجيني (النووي)، وأنظمة العقم الذكري الحساسة للبيئة. [ 5 ]

العقم الذكري السيتوبلازمي

يُستخدم العقم الذكري السيتوبلازمي (CMS) على نطاق واسع في إنتاج البذور الهجينة للمحاصيل التي تتميز بقوة هجينة عالية. تُورَث أنظمة العقم الذكري السيتوبلازمي من الأم، وتنتج عن تفاعلات محددة بين جينات الميتوكوندريا المرتبطة بالعقم وجينوم نووي يفتقر إلى جينات استعادة الخصوبة ( Rf )، مما يؤدي إلى اضطراب نمو حبوب اللقاح. في أنواع المحاصيل التي يُعد إنتاج البذور فيها السمة الاقتصادية الأساسية، مثل الذرة [ 6 ] وأنواع الكرنب الزيتية [ 7 ] ، تُعد جينات استعادة الخصوبة النووية ضرورية لاستعادة الخصوبة في النسل الهجين. على الرغم من أن العقم الذكري السيتوبلازمي قد خضع لدراسة مستفيضة وطُبِّق على نطاق واسع في تربية النباتات، إلا أن الأصول التطورية لجينات الميتوكوندريا المرتبطة بالعقم الذكري السيتوبلازمي والآليات الجزيئية التفصيلية الكامنة وراءه في مختلف أنواع النباتات لا تزال غير مفهومة تمامًا. [ 5 ]

العقم الذكري الوراثي

ينتج العقم الذكري الجيني عن طفرات في الجينات النووية اللازمة لنمو المتك أو حبوب اللقاح بشكل طبيعي، ويخضع لقوانين الوراثة المندلية. يمكن لهذه الطفرات أن تعطل عمليات نمو متنوعة، بما في ذلك الانقسام الاختزالي، وتمايز النسيج المغذي، وتكوين جدار حبوب اللقاح، ونضجها. [ 5 ] يحدث العقم الذكري الجيني بشكل طبيعي في العديد من أنواع النباتات، ويمكن أيضًا إحداثه من خلال الطفرات المستحثة أو التعديل الجيني الموجه. [ 1 ]

تُعدّ مجموعة فرعية من أنظمة العقم الذكري الجيني حساسةً للبيئة، حيث تُتحكّم عوامل مثل درجة الحرارة أو الفترة الضوئية في الخصوبة. [ 8 ] تُستخدم هذه الأنظمة، المعروفة باسم أنظمة العقم الذكري الجيني الحساسة للبيئة (EGMS)، على نطاق واسع في تهجين السلالتين، لا سيما في الأرز، حيث يمكن التحكم في العقم الذكري والخصوبة بشكل عكسي من خلال الظروف البيئية. بالمقارنة مع أنظمة العقم الذكري السيتوبلازمية، لا تتطلب أنظمة السلالتين جينات استعادة الخصوبة، مما يُسهّل إنتاج بذور الهجينة في ظل ظروف مُتحكّم بها. [ 8 ] وُصِفَ العقم الذكري الحساس للبيئة في أنواع مُتعددة من المحاصيل، ويُستَغَلّ في إنتاج بذور الهجينة من خلال التلاعب بظروف النمو للتناوب بين مراحل الخصوبة والعقم أثناء صيانة السلالة والتهجين. [ 5 ]

تطبيقات في تربية النباتات

يُستخدم العقم الذكري على نطاق واسع في تربية النباتات لتسهيل إنتاج البذور الهجينة ، نظرًا للفوائد الزراعية للتهجين . فمن خلال منع التلقيح الذاتي، تُمكّن السلالات العقيمة ذكريًا من التلقيح الخلطي المُتحكم فيه دون الحاجة إلى إزالة الأسدية يدويًا. [ 5 ] تُستخدم أنظمة العقم الذكري الطبيعية والمُهندسة في مجموعة متنوعة من أنواع المحاصيل لتحسين كفاءة التربية وإنتاج البذور الهجينة. [ 5 ]

انظر أيضاً

مراجع

  1. 1 2 فاريناتي، سيلفيا؛ دراغا، ساميلا؛ بيتو، أنجيلو؛ بالومبو، فابيو؛ فانوزي، أليساندرو؛ لوتشين، مارغريتا؛ باركاتشيا، جياني (13 يوليو 2023). "رؤى وتطورات حديثة في مجال عقم الذكور في النباتات: تقنية تربية دقيقة جديدة تعتمد على تطبيقات تحرير الجينوم" . مجلة فرونتيرز إن بلانت ساينس . 14 1223861. Bibcode : 2023FrPS...1423861F . doi : 10.3389/fpls.2023.1223861 . ISSN 1664-462X . PMC 10382145. PMID 37521915 .   
  2. 1 2 جيورنو؛ وولترز-آرتس؛ مارياني؛ ريو (2013). "ضمان التكاثر في درجات الحرارة المرتفعة: استجابة الإجهاد الحراري أثناء نمو المتك وحبوب اللقاح" . النباتات . 2 ( 3): 489-506 . Bibcode : 2013Plnts...2..489G . doi : 10.3390/plants2030489 . PMC 4844380. PMID 27137389 .  
  3. ↑ غوتام، رانجانا؛ شوكلا، باوان؛ كيرتي، بي بي (22 أغسطس 2023). "العقم الذكري في النباتات: نظرة عامة على التطورات من العقم الذكري السيتوبلازمي الطبيعي إلى الأنظمة المعدلة وراثيًا لإنتاج البذور الهجينة". علم الوراثة النظري والتطبيقي . 136 (9): 195. doi : 10.1007/s00122-023-04444-5 . ISSN 1432-2242 . PMID 37606708 .  
  4. ↑ بيريز-برات، إيفا؛ فان لوكيرين كامباني، ميشيل م (1 مايو 2002). "إنتاج البذور الهجينة وتحدي إكثار النباتات العقيمة الذكرية" . اتجاهات في علوم النبات . 7 (5): 199-203 . Bibcode : 2002TPS.....7..199P . doi : 10.1016/S1360-1385(02)02252-5 . ISSN 1360-1385 . PMID 11992824 .  
  5. 1 2 3 4 5 6 7 8 تشين، ليتيان؛ ليو، ياو-غوانغ (29-04-2014). "العقم الذكري واستعادة الخصوبة في المحاصيل" . المراجعة السنوية لبيولوجيا النبات . 65 (1): 579-606 . Bibcode : 2014AnRPB..65..579C . doi : 10.1146/annurev-arplant-050213-040119 . ISSN 1543-5008 . PMID 24313845 .  
  6. ↑ هافي، مايكل ج. (2004). "استخدام العقم الذكري السيتوبلازمي لإنتاج بذور هجينة". في دانييل، هنري؛ تشيس، كريستين (محرران). البيولوجيا الجزيئية والتكنولوجيا الحيوية لعضيات النبات . سبرينغر هولندا . ص 623-634 . doi : 10.1007/978-1-4020-3166-3_23 . 
  7. ↑ سينغ، سوراب؛ داي، إس إس؛ بهاتيا، ريتا؛ كومار، راج؛ بيهيرا، تي كيه (2019-09-01). "الفهم الحالي لأنظمة العقم الذكري في الخضراوات من الفصيلة الكرنبية واستغلالها في تربية الهجائن" . تكاثر النبات . 32 (3): 231-256 . doi : 10.1007/s00497-019-00371-y . ISSN 2194-7953 . 
  8. 1 2 فان، يورونغ؛ تشانغ، تشيفا (2018-03-01). "التوصيف الجيني والجزيئي للعقم الذكري الحساس للضوء والحرارة في الأرز" . تكاثر النبات . 31 (1): 3-14 . doi : 10.1007/s00497-017-0310-5 . ISSN 2194-7953 .