تويت
تسرق بعض النباتات الطفيلية جزءًا من المادة الوراثية من النباتات المضيفة لها، وتستخدمها لشفط المواد الغذائية من الكائن المضيف على نحو أكثر فاعلية. لعلك تستغرب، لكن هذا ما أظهرته دراسة جديدة أجراها باحثون من ولايتي بنسلفانيا وفيرجينيا الأمريكيتين، وهو أن النبات الطفيلي يسرق كمية كبيرة من جينوم النبات المضيف ، أي ما يقارب أكثر من مئة من الجينات الوظيفية.
تساهم هذه الجينات المسروقة في قدرة النبات الطفيلي على الإمساك بالمضيف وسرقة المواد الغذائية منه أو حتى إرسال أسلحة جينية إليه. ظهرت الدراسة الجديدة في الثاني والعشرين من شهر تموز/يوليو 2019 في مجلة (Nature Plants).
النقل الأفقي للمورثات (Horizontal gene transfer): هو أي طريقة تحصل الكائنات الحية بواسطتها على مواد وراثية من كائنات أخرى دون أن تكون من نسلها. تحدث هذه العملية بشكل شائع في الكائنات الدقيقة، وهي الطريقة التي تكتسب فيها البكتيريا مقاومتها للمضادات الحيوية.
يخبرنا أستاذ البيولوجيا وكاتب هذه الدراسة كلود دي بامفيليس: «لا نرى العديد من الأمثلة على النقل الأفقي للجينات في الكائنات المعقدة كالنباتات، وحتى عند اكتشافنا لبعضها. لكن المادة الوراثية المنقولة تكون عديمة الفائدة عمومًا، ولا تستخدم من قبل الكائن المنقولة إليه. أما في هذه الدراسة، فنقدم أكثر حالة دراماتيكية معروفة على الإطلاق للنقل الأفقي للجينات الوظيفية الفعالة في الكائنات الحية المعقدة».
لا تستطيع النباتات الطفيلية كالكشوث الرومي العيش من تلقاء نفسها عن طريق توليد الطاقة بعملية التركيب الضوئي، فتستخدم تراكيبًا خاصة تسمي الهوستوريا (Haustoria) بدلًا من ذلك، للاستفادة من إمدادات النبات المضيف من الماء والمواد الغذائية.
يلتف الكشوث الرومي حول نباته المضيف مخترقًا البشرة وصولًا للنسيج الوعائي، ويتغذى غالبًا على أكثر من مضيف في الوقت ذاته. يمكن أن يتطفل هذا الكائن على العديد من النباتات متضمنة البرية منها وتلك ذات الأهمية الزراعية والبستانية.
يقول دي بفييليس: «تعيش هذه النباتات الطفيلية بشكل وثيق وحميم مع مضيفها بينما تستخرج منه احتياجاتها الغذائية. أثناء ذلك، تحصل الطفيليات على مادة وراثية، وأحيانًا تدمج المادة الوراثية المسروقة من المضيف في جينومها. ركزت الدراسات السابقة على الجينات المنفردة المنقولة. في هذه الدراسة، استعملنا مجموعة البيانات على مستوى الجينوم للتعبير الجيني لتحديد ما إذا كانت الكمية الكبيرة المسروقة من الجينوم تُستخدم فعليًا أم لا».
حدد الباحثون 108 جينات أضيفت إلى جينوم الكشوث الرومي بواسطة النقل الأفقي للجينات، والآن تتولى هذه الجينات في جسم الطفيلي مهامًا عديدة تتمثل بمساهمتها بتركيب الهوستوريا (Haustoria)، وأيضًا الآليات الدفاعية واستقلاب الأحماض الأمينية.
تنتج أحد الجينات المسروقة قطعًا صغيرة من الحمض النووي الريبوزي (RNA) تعرف بالحمض النووي الريبوزي الدقيق (microRNA)، والتي ترسل مرة أخرى إلى النبات المضيف لتعمل كأسلحة تلعب دورًا في تثبيط جينات الدفاع الخاصة بالمضيف.
استخدم فريق الباحثين معايير صارمة لتحديد ما إذا كانت الجينات المسروقة ذات أهمية وظيفية للطفيلي فيجب أن تكون الجينات:
تحرى الفريق كذلك تطور هذه الجينات المنقولة كدعم لدراسة وظيفتها. يقول دي بفيليس: «نقارن التسلسل الوراثي لجين معين بالجينات ذات الصلة بها، ونبحث عن علامة مميزة عن كيفية تطور ذلك التسلسل الجيني لمعرفة ما إذا كان من المحتمل أن يكون فعالًا وظيفيًا.
إن بعض أنواع الطفرات الجينية لا تؤثر على البروتين الذي تُشفره تلك الجينات الطافرة، وبالتالي ليس لهذه الطفرات تأثير على وظيفة تلك الجينات. عند مقارنة هذه الطفرات بطفرات أخرى تؤثر على وظيفة الجين وبالتالي البروتين المشفر عنه، يظهر جليًّا أن الانتخاب الطبيعي يعمل على المحافظة على هذه البروتينات سليمة ومفيدة».
يظهر 18 جينًا من أصل 108 في كل أنواع الكشوث الرومي، ما يعني أنها بالأساس قد سرقت من قبل سلف مشترك لهذه الطفيليات وحوفظ عليها حديثًا.
«تعد هذه المرة الأولى التي يرى فيها العلماء دليلًا على النقل الأفقي للجينات، وهو يحدث مبكرًا خلال تطور المجموعة الطفيلي. في هذه الحالة وجدت 18 من هذه الجينات في السلف المشترك لجميع أنواع الكشوث الرومي، ما ساهم في نشر هذه الطفيليات».
حدد الفريق 42 منطقة في جينوم النبات الطفيلي يبدو أنها ناتجة عن النقل الأفقي للجينات، ولكن لا يشكل أي منها أهمية وظيفية.
يقول دي بيفيليس: «بسبب مرور كمية ضخمة كهذه من المادة الوراثية عبر النقل الأفقي للجينات، فنحن نعتقد أن هذه النباتات الطفيلية غير قادرة على تصفية كل ما يأتي من الجينات. مع ذلك، يساعد الانتخاب الطبيعي في الحفاظ على الجينات المفيدة وتصفية الأجزاء الأقل فائدة».
يبذل الباحثون حاليًا جهودهم دارسين كيفية نقل المادة الوراثية بدقة من المضيف إلى الطفيلي، ويرغبون في معرفة ما إذا كان هذا النقل الجيني أحادي الاتجاه أم يمكن للمضيف الحصول على مادة وراثية من الطفيلي الخاص به أيضًا.
يقول دي بيفيليس أيضًا: «نود معرفة مدى شمولية النقل الجيني فعلًا. نظرنا إلى نوع واحد من الكشوث الرومي، والذي يمثل واحدًا فقط من أصل 4000 نوع من النباتات الطفيلية، فهل يحدث النقل الأفقي للجينات بنفس الدرجة لبقية الأنواع؟ وهل هو ممكن في النباتات غير الطفيلية؟ وفي كائنات معقدة أخرى؟ فما الذي توصلنا إليه سوى غيض من فيض»
تساهم هذه الجينات المسروقة في قدرة النبات الطفيلي على الإمساك بالمضيف وسرقة المواد الغذائية منه أو حتى إرسال أسلحة جينية إليه. ظهرت الدراسة الجديدة في الثاني والعشرين من شهر تموز/يوليو 2019 في مجلة (Nature Plants).
النقل الأفقي للمورثات (Horizontal gene transfer): هو أي طريقة تحصل الكائنات الحية بواسطتها على مواد وراثية من كائنات أخرى دون أن تكون من نسلها. تحدث هذه العملية بشكل شائع في الكائنات الدقيقة، وهي الطريقة التي تكتسب فيها البكتيريا مقاومتها للمضادات الحيوية.
يخبرنا أستاذ البيولوجيا وكاتب هذه الدراسة كلود دي بامفيليس: «لا نرى العديد من الأمثلة على النقل الأفقي للجينات في الكائنات المعقدة كالنباتات، وحتى عند اكتشافنا لبعضها. لكن المادة الوراثية المنقولة تكون عديمة الفائدة عمومًا، ولا تستخدم من قبل الكائن المنقولة إليه. أما في هذه الدراسة، فنقدم أكثر حالة دراماتيكية معروفة على الإطلاق للنقل الأفقي للجينات الوظيفية الفعالة في الكائنات الحية المعقدة».
لا تستطيع النباتات الطفيلية كالكشوث الرومي العيش من تلقاء نفسها عن طريق توليد الطاقة بعملية التركيب الضوئي، فتستخدم تراكيبًا خاصة تسمي الهوستوريا (Haustoria) بدلًا من ذلك، للاستفادة من إمدادات النبات المضيف من الماء والمواد الغذائية.
يلتف الكشوث الرومي حول نباته المضيف مخترقًا البشرة وصولًا للنسيج الوعائي، ويتغذى غالبًا على أكثر من مضيف في الوقت ذاته. يمكن أن يتطفل هذا الكائن على العديد من النباتات متضمنة البرية منها وتلك ذات الأهمية الزراعية والبستانية.
يقول دي بفييليس: «تعيش هذه النباتات الطفيلية بشكل وثيق وحميم مع مضيفها بينما تستخرج منه احتياجاتها الغذائية. أثناء ذلك، تحصل الطفيليات على مادة وراثية، وأحيانًا تدمج المادة الوراثية المسروقة من المضيف في جينومها. ركزت الدراسات السابقة على الجينات المنفردة المنقولة. في هذه الدراسة، استعملنا مجموعة البيانات على مستوى الجينوم للتعبير الجيني لتحديد ما إذا كانت الكمية الكبيرة المسروقة من الجينوم تُستخدم فعليًا أم لا».
حدد الباحثون 108 جينات أضيفت إلى جينوم الكشوث الرومي بواسطة النقل الأفقي للجينات، والآن تتولى هذه الجينات في جسم الطفيلي مهامًا عديدة تتمثل بمساهمتها بتركيب الهوستوريا (Haustoria)، وأيضًا الآليات الدفاعية واستقلاب الأحماض الأمينية.
تنتج أحد الجينات المسروقة قطعًا صغيرة من الحمض النووي الريبوزي (RNA) تعرف بالحمض النووي الريبوزي الدقيق (microRNA)، والتي ترسل مرة أخرى إلى النبات المضيف لتعمل كأسلحة تلعب دورًا في تثبيط جينات الدفاع الخاصة بالمضيف.
استخدم فريق الباحثين معايير صارمة لتحديد ما إذا كانت الجينات المسروقة ذات أهمية وظيفية للطفيلي فيجب أن تكون الجينات:
- كاملة الطول.
- حاوية على جميع الأجزاء اللازمة من الجين.
- قابلة للنسخ إلى الحمض النووي الريبوزي (RNA) وترجمتها لاحقًا إلى بروتينات.
- معبر عنها في التراكيب ذات الصلة بها.
تحرى الفريق كذلك تطور هذه الجينات المنقولة كدعم لدراسة وظيفتها. يقول دي بفيليس: «نقارن التسلسل الوراثي لجين معين بالجينات ذات الصلة بها، ونبحث عن علامة مميزة عن كيفية تطور ذلك التسلسل الجيني لمعرفة ما إذا كان من المحتمل أن يكون فعالًا وظيفيًا.
إن بعض أنواع الطفرات الجينية لا تؤثر على البروتين الذي تُشفره تلك الجينات الطافرة، وبالتالي ليس لهذه الطفرات تأثير على وظيفة تلك الجينات. عند مقارنة هذه الطفرات بطفرات أخرى تؤثر على وظيفة الجين وبالتالي البروتين المشفر عنه، يظهر جليًّا أن الانتخاب الطبيعي يعمل على المحافظة على هذه البروتينات سليمة ومفيدة».
يظهر 18 جينًا من أصل 108 في كل أنواع الكشوث الرومي، ما يعني أنها بالأساس قد سرقت من قبل سلف مشترك لهذه الطفيليات وحوفظ عليها حديثًا.
«تعد هذه المرة الأولى التي يرى فيها العلماء دليلًا على النقل الأفقي للجينات، وهو يحدث مبكرًا خلال تطور المجموعة الطفيلي. في هذه الحالة وجدت 18 من هذه الجينات في السلف المشترك لجميع أنواع الكشوث الرومي، ما ساهم في نشر هذه الطفيليات».
حدد الفريق 42 منطقة في جينوم النبات الطفيلي يبدو أنها ناتجة عن النقل الأفقي للجينات، ولكن لا يشكل أي منها أهمية وظيفية.
يقول دي بيفيليس: «بسبب مرور كمية ضخمة كهذه من المادة الوراثية عبر النقل الأفقي للجينات، فنحن نعتقد أن هذه النباتات الطفيلية غير قادرة على تصفية كل ما يأتي من الجينات. مع ذلك، يساعد الانتخاب الطبيعي في الحفاظ على الجينات المفيدة وتصفية الأجزاء الأقل فائدة».
يبذل الباحثون حاليًا جهودهم دارسين كيفية نقل المادة الوراثية بدقة من المضيف إلى الطفيلي، ويرغبون في معرفة ما إذا كان هذا النقل الجيني أحادي الاتجاه أم يمكن للمضيف الحصول على مادة وراثية من الطفيلي الخاص به أيضًا.
يقول دي بيفيليس أيضًا: «نود معرفة مدى شمولية النقل الجيني فعلًا. نظرنا إلى نوع واحد من الكشوث الرومي، والذي يمثل واحدًا فقط من أصل 4000 نوع من النباتات الطفيلية، فهل يحدث النقل الأفقي للجينات بنفس الدرجة لبقية الأنواع؟ وهل هو ممكن في النباتات غير الطفيلية؟ وفي كائنات معقدة أخرى؟ فما الذي توصلنا إليه سوى غيض من فيض»