الاندماج الجسدي

الاندماج الجسدي ، أو ما يُسمى أيضًا باندماج البروتوبلاست ، هو نوع من التعديل الوراثي في ​​النباتات، حيث يتم دمج نوعين مختلفين من النباتات معًا لتكوين نبات هجين جديد يحمل خصائص كليهما، وهو ما يُعرف بالهجين الجسدي . ^{[ 1 ]} وقد تم إنتاج الهجائن إما بين أصناف مختلفة من نفس النوع (مثلًا بين نباتات البطاطا غير المزهرة ونباتات البطاطا المزهرة) أو بين نوعين مختلفين (مثلًا بين القمح تريتيكوم والجاودار سيكال لإنتاج التريتيكال ).

تشمل استخدامات التهجين الجسدي تطوير نباتات مقاومة للأمراض، مثل جعل نباتات البطاطا مقاومة لمرض التفاف أوراق البطاطا . ^{[ 2 ]} من خلال التهجين الجسدي، يتم دمج نبات البطاطا المحصولي Solanum tuberosum - الذي ينخفض ​​محصوله بشدة بسبب مرض فيروسي ينتقل عن طريق حشرة المن - مع البطاطا البرية غير الدرنية Solanum brevidens ، المقاومة لهذا المرض. يحتوي الهجين الناتج على كروموسومات كلا النباتين، وبالتالي فهو مشابه للنباتات متعددة الصيغ الصبغية . وقد قدم كارلسون وآخرون التهجين الجسدي لأول مرة في نبات Nicotiana glauca . ^{[ 3 ]}

تحدث عملية الاندماج الجسدي في أربع خطوات: ^{[ 4 ]}

1. إزالة جدار الخلية من خلية واحدة من كل نوع من أنواع النباتات باستخدام إنزيم السليولاز لإنتاج خلية جسدية تسمى البروتوبلاست
2. ثم تُدمج الخلايا باستخدام الصدمة الكهربائية (الاندماج الكهربائي) أو المعالجة الكيميائية لربط الخلايا ودمج النوى معًا. وتسمى النواة المندمجة الناتجة بالنواة غير المتجانسة .
3. ثم يتم تحفيز تكوين جدار الخلية باستخدام الهرمونات
4. ثم تُزرع الخلايا لتكوين الكالس، والتي تُزرع بدورها لتكوين نباتات صغيرة ، وأخيراً لتكوين نبات كامل، يُعرف باسم الهجين الجسدي.

يمكن بدء عملية دمج بروتوبلاستات الطحالب ، كما هو موضح أعلاه، دون استخدام صدمة كهربائية، وذلك باستخدام بولي إيثيلين جلايكول (PEG). علاوة على ذلك، لا تحتاج بروتوبلاستات الطحالب إلى هرمونات نباتية للتجدد ، ولا تُكوّن نسيجًا متصلبًا . ^{[ 5 ]} بل تتصرف بروتوبلاستات الطحالب المتجددة مثل أبواغ الطحالب النابتة . ^{[ 6 ]} ومن الجدير بالذكر أيضًا أنه يمكن استخدام نترات الصوديوم وأيونات الكالسيوم عند درجة حموضة عالية، على الرغم من أن النتائج تختلف باختلاف الكائن الحي. ^{[ 7 ]}

يمكن دمج الخلايا الجسدية من أنواع مختلفة للحصول على خلايا هجينة. وتُعد الخلايا الهجينة مفيدة في العديد من المجالات، على سبيل المثال،

(أ) لدراسة التحكم في انقسام الخلايا والتعبير الجيني ،

(ii) للتحقيق في التحولات الخبيثة ،

(ثالثاً) للحصول على تضاعف الفيروس ،

(رابعاً) لرسم خرائط الجينات أو الكروموسومات ولـ

(v) إنتاج الأجسام المضادة وحيدة النسيلة عن طريق إنتاج الخلايا الهجينة (الخلايا الهجينة بين خلية خالدة وخلية ليمفاوية منتجة للأجسام المضادة )، إلخ.

يعتمد رسم خرائط الكروموسومات من خلال تهجين الخلايا الجسدية بشكل أساسي على دمج الخلايا الجسدية البشرية والفأرية . وعمومًا، يتم دمج الخلايا الليفية أو الكريات البيضاء البشرية مع خطوط الخلايا الفأرية المستمرة .

عند مزج خلايا بشرية وخلايا فئران (أو خلايا من أي نوعين من الثدييات أو من النوع نفسه)، يحدث اندماج خلوي تلقائي بمعدل منخفض جدًا (10-6). ويزداد اندماج الخلايا بمقدار 100 إلى 1000 ضعف بإضافة فيروس سينداي (فيروس نظير الإنفلونزا) المعطل بالأشعة فوق البنفسجية أو بولي إيثيلين جلايكول (PEG).

تلتصق هذه العوامل بالأغشية البلازمية للخلايا وتُغير خصائصها بطريقة تُسهل اندماجها. ينتج عن اندماج خليتين خلية هجينة ثنائية النواة، أي خلية واحدة تحتوي على نواتين، واحدة من كل خلية من الخليتين المندمجتين. بعد ذلك، تندمج النواتان أيضًا لتكوين خلية هجينة أحادية النواة.

يمكن وصف مخطط عام لتهجين الخلايا الجسدية كما يلي: تُختار خلايا بشرية وفأرية مناسبة وتُخلط معًا في وجود فيروس سينداي مُعطَّل أو بولي إيثيلين جلايكول (PEG) لتعزيز اندماج الخلايا. بعد فترة زمنية، تُزرع الخلايا (مزيج من الخلايا البشرية والفأرية والخلايا "الهجينة") على وسط انتقائي ، مثل وسط HAT ، الذي يسمح بتكاثر الخلايا الهجينة فقط.

يتم عزل عدة نسخ مستنسخة (كل منها مشتقة من خلية هجينة واحدة) من الخلايا الهجينة، وإخضاعها لتحليلات جينية خلوية وكيميائية حيوية مناسبة للكشف عن الإنزيم / البروتين / الصفة قيد الدراسة. ويجري الآن محاولة لربط وجود الصفة أو غيابها بوجود كروموسوم بشري أو غيابه في النسخ المستنسخة الهجينة.

إذا كان هناك ارتباط تام بين وجود وغياب كروموسوم بشري ووجود سمة معينة في المستنسخات الهجينة، فإن الجين الذي يحكم السمة يعتبر موجودًا في الكروموسوم المعني.

يُعد وسط HAT أحد الأوساط الانتقائية العديدة المستخدمة لاختيار الخلايا الهجينة. يُضاف إلى هذا الوسط الهيبوكسانثين والأمينوبترين والثيميدين ، ومن هنا جاءت تسميته بوسط HAT. يعمل الأمينوبترين ، وهو مضاد استقلابي، على منع التخليق الحيوي الخلوي للبيورينات والبيريميدينات من السكريات البسيطة والأحماض الأمينية . مع ذلك، تستطيع خلايا الإنسان والفأر الطبيعية التكاثر ، إذ يمكنها استخدام الهيبوكسانثين والثيميدين الموجودين في الوسط عبر مسار إعادة التدوير ، الذي يُعيد تدوير البيورينات والبيريميدينات الناتجة عن تحلل الأحماض النووية . يتحول الهيبوكسانثين إلى غوانين بواسطة إنزيم هيبوكسانثين-غوانين فوسفوريبوزيل ترانسفيراز (HGPRT)، بينما يُفسفر الثيميدين بواسطة إنزيم ثيميدين كيناز (TK)؛ وكلاهما من إنزيمات مسار إعادة التدوير. في وسط HAT، تتكاثر فقط الخلايا التي تحتوي على إنزيمات HGPRT (HGPRT+) وTK (TK+) النشطة، بينما لا تنقسم الخلايا التي تفتقر إلى هذه الإنزيمات (HGPRr- و/أو TK-) (لأنها لا تستطيع إنتاج البيورينات والبيريميدينات بسبب وجود الأمينوبتيرين في وسط HAT). لاستخدام وسط HAT كعامل انتقائي، يجب أن تفتقر الخلايا البشرية المستخدمة في الدمج إما إلى إنزيم HGPRT أو TK، بينما يجب أن تفتقر خلايا الفئران إلى الإنزيم الآخر من هذا الزوج. بالتالي، يمكن دمج خلايا بشرية تفتقر إلى HGPRT (يُشار إليها بـ TK+ HGPRr-) مع خلايا فئران تفتقر إلى TK (يُشار إليها بـ TK- HGPRT+). ستكون نواتج اندماجها (الخلايا الهجينة) موجبة لـ TK (بسبب الجين البشري ) وموجبة لـ HGPRT (بسبب جين الفأر)، وستتكاثر على وسط HAT، بينما لن تتكاثر خلايا الإنسان والفأر. ويمكن تخطيط التجارب باستخدام أوساط انتقائية أخرى بطريقة مماثلة.

1. يبدو أن اندماج الخلايا الجسدية هو الوسيلة الوحيدة التي يمكن من خلالها إعادة تركيب جينومين أبويين مختلفين بين النباتات التي لا تستطيع التكاثر جنسياً (اللاجنسي أو العقيم).
2. يمكن دمج البروتوبلاستات من النباتات العقيمة جنسياً ( أحادية الصيغة الصبغية ، وثلاثية الصيغة الصبغية ، وغير متساوية الصيغة الصبغية ) لإنتاج نباتات ثنائية الصيغة الصبغية ونباتات متعددة الصيغة الصبغية خصبة .
3. يتغلب دمج الخلايا الجسدية على حواجز عدم التوافق الجنسي. وفي بعض الحالات، وجدت الهجائن الجسدية الناتجة عن تهجين نباتين غير متوافقين تطبيقات في الصناعة أو الزراعة .
4. يُعد دمج الخلايا الجسدية مفيدًا في دراسة الجينات السيتوبلازمية ونشاطها، ويمكن تطبيق هذه المعلومات في تجارب تربية النباتات .