هندسة الفقراء الوراثية
د. أسامة الشيحي
ناقش د. أحمد مستجير الفكرة مع د. أسامة الشيحي -أستاذ بيوتكنولوجيا النبات بكلية الزراعة جامعة القاهرة- ليبدأ هو بالفعل تطبيق الفكرة. ويسرد د.أسامة القصة قائلا: استخدمنا ما يسمى بالاندماج الخلوي أو التهجين الخضري، ويطلق عليها اسم "الهندسة الوراثية للفقراء"، وهي في واقع الأمر ليست هندسة وراثية؛ بل هي دمج خلايا منزوعة الجدار من نوعين مختلفين من النبات لتنتج خلايا هجينة تحمل الطاقمين الوراثيين للنوعين معاً يمكن تنميتهما إلى نباتات كاملة، وهذا بالفعل ما طبقناه.
بدأنا بالأرز في موسم 89/1990 أخذنا خلية منزوعة الجدار من نبات الأرز مع خلية أخرى منزوعة الجدار أيضا من نبات الغاب، وتم عمل تهجين جسدي لهما، ثم هُيئت لهما الظروف البيئية والغذائية حتى يتم النمو وتكوين ما يسمى بالكأس، ثم تم تشجيع هذه الكأس على تكوين نموات خضرية وجذور، وبالتالي تمكنا من الحصول على نباتات كاملة زُرعت في أصص صغيرة، وفي المرحلة التالية نُقلت إلى الصوبة، ومنها إلى الزراعة في المناطق الخارجية.
والصورة التالية توضح المراحل التي تم من خلالها الوصول إلى سلالة الأرز الجديدة:
A1- خلية الأرز المنزوعة الجدار "البرتوبلاست".
A2- خلية الغاب المنزوعة الجدار.
A3- مرحلة الاندماج الخلوي بين خلية الأرز والغاب.
A4 - بدء الانقسام وتكوين مجموعة خلوية من الخلايا المهجنة.
B1- كتلة من الخلايا المهجنة بين الغاب والأرز.
B2 - نبات مهجن من الأرز والغاب.
B3 - نقل السلالة إلى أصص صغيرة.
B4- زراعة السلالة الجديدة في الصوبة.
وكان الجيل الأول للهجين الخضري للأرز من صنفي جيزة 175، وجيزة 176، ونتج عنها 22 صورة من الحبوب تتراوح في الحجم والشكل بين حبوب الغاب وحبوب الأرز، ودرست الصفات الجديدة لهذه النباتات، خصوصا من ناحية تحملها للملوحة، وبعد تجارب عديدة تم الوصول إلى 12 سلالة جديدة من الأرز تحمل صفات مختلفة من الغاب التي أجريت عليها التجارب داخل الصوبة من ثلاث نواحٍ هي:
-درجة تحملها للملوحة.
-درجة تحملها للجفاف.
-درجة تحملها للحرارة العالية.
وحتى الآن تمت دراسة 5 سلالات منها سلالتان متحملتان للجفاف وثلاث سلالات متحملة للملوحة حتى 32000 جزء في المليون، أي تعادل تقريبا ملوحة البحر الأبيض المتوسط والسلالات الخمس معا متحملة للحرارة العالية.
وبعد ذلك انتقلت الزراعة من الصوبة إلى مساحات كبيرة خارجية منذ بداية عام 1997؛ حيث وصلت حتى الآن لنحو 60 فدانا بأراضٍ مالحة تماماً لا تصلح لأي زراعة في محافظتي الفيوم وبني سويف، ونتج عنها محصول جيد ذو صفات جيدة.
قمح وأرز.. يوفران المياه
أما بالنسبة للقمح فقد تم عمل تهجين خضري بين صنفي سخا 68 وسخا 69 ونبات الغاب، ونتج عنهما 18 صورة تتراوح في الشكل والحجم بين حبوب الغاب وحبوب القمح، وبعد دراسات تم التوصل لسلالات جديدة منها سلالتان مقاومتان للجفاف وسلالتان للملوحة، وحتى الآن تمت زراعة مساحات تصل لنحو 35 فدانًا زُرعت في أراضٍ تصل درجة ملوحتها لنحو 32 ألف جزء في المليون"p.p.m".
فسلالة القمح المقاوم للجفاف توفر حوالي 50% من كميات المياه المستخدمة في السلالات العادية من القمح؛ ففي حين يحتاج القمح العادي لكمية مياه تقدر بحوالي 3000 متر مكعب للفدان فإن السلالة الجديدة تحتاج لنحو 1500 متر مكعب فقط، ونحن في مصر نزرع سنويا حوالي 5, 2 مليون فدان بمعدل مياه مقدارها حوالي 5, 7 مليارات متر مكعب من المياه، ولكن لو زرعنا بهذا الصنف المقاوم للجفاف فإنه سيوفر حوالي 3 مليارات و750 مليون متر مكعب سنويا بالنسبة للقمح فقط.
أما سلالة الأرز المقاومة للجفاف فيحتاج الفدان منها إلى مياه تقدر بنحو2500 متر مكعب في حين أن الأصناف العادية فتستهلك حوالي 7000 متر مكعب، وإذا علمنا أننا في مصر نزرع سنويًّا حوالي مليون فدان أرز فإن السلالة الجيدة في حالة استخدامها يمكن أن توفر سنويا حوالي 5 مليارات متر مكعب من المياه، وهذا الأمر شديد الأهمية في ظل شبح ندرة المياه الذي يهدد العالم. فحسب دراسة أشرفت عليها وكالة المخابرات المركزية الأمريكية تستشرف أحوال العالم عام 2015 تتنبأ بأن المياه ستمثل تحديًا عظيم الأهمية بالنسبة لمنطقة الشرق الأوسط وشبه الصحراء الأفريقية وجنوب آسيا وشمال الصين؛ حيث يتوقع التقرير أن تشتد حدة الخلافات الإقليمية بشأن المياه مع حلول عام 2015، وتوقع أن يرتفع عدد سكان العالم من 16 مليار نسمة عام 2000 إلى نحو 27 مليار نسمة عام 2015.
إنتاج جيد من أرض مالحة تماما
وقد تراوح الإنتاج من الأرز بين 2, 3 إلى 2, 4 أطنان، وذلك من السلالة المقاومة للملوحة، في حين يتراوح إنتاج السلالة العادية بين 4 إلى 5 أطنان للفدان، كما تم التوصل لسلالات من القمح تنتج 15.5 إردبا للفدان، في حين تنتج السلالة العادية من القمح بالمياه العذبة وفي الأرض العادية تنتج حوالي 18 إردبا للفدان .
ولم تقتصر إمكانات السلالات الجديدة على مقاومة الملوحة والجفاف؛ بل تعدتها لتنافس السلالات العادية في القيمة الغذائية التي تحتويها
محاصيل المستقبل.. تحارب الفيروسات والتلوث
كما أن السلالة الجديدة تساعد في تحسين صفات التربة المالحة التي تزرع بها، وهو ما يساهم في استصلاح أراضٍ جديدة، وذلك في حالة الزراعة بمياه عذبة تغسل أملاح التربة، وبالتالي تحولها من أرض ملحية لا تصلح للزارعة إلى أرض صالحة تماما للزراعة.
و
هناك احتمالات بأن تتميز السلالات الجديدة من القمح والأرز بالقدرة على مقاومة تلوث البيئة، ويرجع هذا إلى ارتفاع كفاءة نبات الغاب في عملية البناء الضوئي؛ الأمر الذي يمكن السلالات الجديدة من القمح أو الأرز –في حالة نقل تلك الصفة إليها- من امتصاص كمية أكبر من ثاني أكسيد الكربون، وإفراز كمية أكبر من الأكسجين، وبالتالي يساهم في محاربة التلوث.
كما تم التوصل لسلالة أرز شتوية -ولكنها ما زالت تحت التجارب- وبالتالي نتمكن من زراعة الأرز صيفا وشتاء أو نزرع الأرز شتاء، ونوفر المساحات لزراعة ما نحتاجه من محاصيل صيفية كالقطن مثلا.
ويتوقع د. أسامة الشيحي التوصل لأصناف من الأرز والقمح لها القدرة على مقاومة الأمراض والفيروسات كما يتصف بذلك نبات الغاب؛ فهو من النباتات التي تتحمل الظروف المعاكسة؛ بمعنى أنه قادر على التكيف مع الحرارة المرتفعة والبرودة الشديدة والرطوبة العالية وجو الأمراض (حشرات وغيرها)، وبالتالي فمن المتوقع أن تكون سلالات القمح والأرز الناتجة من المقاومة أيضاً للظروف المعاكسة.
ونظرا لأهمية الأمر فقد تم إنشاء مركز لجعل النباتات تتحمل الملوحة، ويمثل هذا المركز بيت الهندسة الوراثية في مصر، وبدأت فكرة إنشاء المركز في عام 1989، وتم البدء في إنشائه بتمويل من جامعة القاهرة عام 1991 على مساحة 750 مترا مربعا، وتكلفته الإجمالية حوالي مليونين و300 ألف جنيه مصري، بالإضافة للأجهزة المعملية التي تقدر بمليون دولار أمريكي.
وحول الأسباب التي تؤدي إلى عدم تعميم الاكتشاف حتى الآن يؤكد د. أسامة الشيحي أن تعميم الاختراع يتطلب أن يتم تسجيله، وهذا يحتاج عمل ترتيبات كثيرة مثل تحضير ما يسمى بالبصمة الوراثية التي نجهزها حاليا، وصرح بأنه خلال شهر أكتوبر 2002 على أكثر تقدير يكون قد تم التسجيل؛ سواء لصنفي تحمل الجفاف أو الملوحة العالية اللذين أصبحا جاهزين للزراعة في أي مكان؛ ليكونا هدية من مصر للوطن العربي والإنسانية جمعاء.
د. أسامة الشيحي
ناقش د. أحمد مستجير الفكرة مع د. أسامة الشيحي -أستاذ بيوتكنولوجيا النبات بكلية الزراعة جامعة القاهرة- ليبدأ هو بالفعل تطبيق الفكرة. ويسرد د.أسامة القصة قائلا: استخدمنا ما يسمى بالاندماج الخلوي أو التهجين الخضري، ويطلق عليها اسم "الهندسة الوراثية للفقراء"، وهي في واقع الأمر ليست هندسة وراثية؛ بل هي دمج خلايا منزوعة الجدار من نوعين مختلفين من النبات لتنتج خلايا هجينة تحمل الطاقمين الوراثيين للنوعين معاً يمكن تنميتهما إلى نباتات كاملة، وهذا بالفعل ما طبقناه.
بدأنا بالأرز في موسم 89/1990 أخذنا خلية منزوعة الجدار من نبات الأرز مع خلية أخرى منزوعة الجدار أيضا من نبات الغاب، وتم عمل تهجين جسدي لهما، ثم هُيئت لهما الظروف البيئية والغذائية حتى يتم النمو وتكوين ما يسمى بالكأس، ثم تم تشجيع هذه الكأس على تكوين نموات خضرية وجذور، وبالتالي تمكنا من الحصول على نباتات كاملة زُرعت في أصص صغيرة، وفي المرحلة التالية نُقلت إلى الصوبة، ومنها إلى الزراعة في المناطق الخارجية.
والصورة التالية توضح المراحل التي تم من خلالها الوصول إلى سلالة الأرز الجديدة:
A1- خلية الأرز المنزوعة الجدار "البرتوبلاست".
A2- خلية الغاب المنزوعة الجدار.
A3- مرحلة الاندماج الخلوي بين خلية الأرز والغاب.
A4 - بدء الانقسام وتكوين مجموعة خلوية من الخلايا المهجنة.
B1- كتلة من الخلايا المهجنة بين الغاب والأرز.
B2 - نبات مهجن من الأرز والغاب.
B3 - نقل السلالة إلى أصص صغيرة.
B4- زراعة السلالة الجديدة في الصوبة.
وكان الجيل الأول للهجين الخضري للأرز من صنفي جيزة 175، وجيزة 176، ونتج عنها 22 صورة من الحبوب تتراوح في الحجم والشكل بين حبوب الغاب وحبوب الأرز، ودرست الصفات الجديدة لهذه النباتات، خصوصا من ناحية تحملها للملوحة، وبعد تجارب عديدة تم الوصول إلى 12 سلالة جديدة من الأرز تحمل صفات مختلفة من الغاب التي أجريت عليها التجارب داخل الصوبة من ثلاث نواحٍ هي:
-درجة تحملها للملوحة.
-درجة تحملها للجفاف.
-درجة تحملها للحرارة العالية.
وحتى الآن تمت دراسة 5 سلالات منها سلالتان متحملتان للجفاف وثلاث سلالات متحملة للملوحة حتى 32000 جزء في المليون، أي تعادل تقريبا ملوحة البحر الأبيض المتوسط والسلالات الخمس معا متحملة للحرارة العالية.
وبعد ذلك انتقلت الزراعة من الصوبة إلى مساحات كبيرة خارجية منذ بداية عام 1997؛ حيث وصلت حتى الآن لنحو 60 فدانا بأراضٍ مالحة تماماً لا تصلح لأي زراعة في محافظتي الفيوم وبني سويف، ونتج عنها محصول جيد ذو صفات جيدة.
قمح وأرز.. يوفران المياه
أما بالنسبة للقمح فقد تم عمل تهجين خضري بين صنفي سخا 68 وسخا 69 ونبات الغاب، ونتج عنهما 18 صورة تتراوح في الشكل والحجم بين حبوب الغاب وحبوب القمح، وبعد دراسات تم التوصل لسلالات جديدة منها سلالتان مقاومتان للجفاف وسلالتان للملوحة، وحتى الآن تمت زراعة مساحات تصل لنحو 35 فدانًا زُرعت في أراضٍ تصل درجة ملوحتها لنحو 32 ألف جزء في المليون"p.p.m".
فسلالة القمح المقاوم للجفاف توفر حوالي 50% من كميات المياه المستخدمة في السلالات العادية من القمح؛ ففي حين يحتاج القمح العادي لكمية مياه تقدر بحوالي 3000 متر مكعب للفدان فإن السلالة الجديدة تحتاج لنحو 1500 متر مكعب فقط، ونحن في مصر نزرع سنويا حوالي 5, 2 مليون فدان بمعدل مياه مقدارها حوالي 5, 7 مليارات متر مكعب من المياه، ولكن لو زرعنا بهذا الصنف المقاوم للجفاف فإنه سيوفر حوالي 3 مليارات و750 مليون متر مكعب سنويا بالنسبة للقمح فقط.
أما سلالة الأرز المقاومة للجفاف فيحتاج الفدان منها إلى مياه تقدر بنحو2500 متر مكعب في حين أن الأصناف العادية فتستهلك حوالي 7000 متر مكعب، وإذا علمنا أننا في مصر نزرع سنويًّا حوالي مليون فدان أرز فإن السلالة الجيدة في حالة استخدامها يمكن أن توفر سنويا حوالي 5 مليارات متر مكعب من المياه، وهذا الأمر شديد الأهمية في ظل شبح ندرة المياه الذي يهدد العالم. فحسب دراسة أشرفت عليها وكالة المخابرات المركزية الأمريكية تستشرف أحوال العالم عام 2015 تتنبأ بأن المياه ستمثل تحديًا عظيم الأهمية بالنسبة لمنطقة الشرق الأوسط وشبه الصحراء الأفريقية وجنوب آسيا وشمال الصين؛ حيث يتوقع التقرير أن تشتد حدة الخلافات الإقليمية بشأن المياه مع حلول عام 2015، وتوقع أن يرتفع عدد سكان العالم من 16 مليار نسمة عام 2000 إلى نحو 27 مليار نسمة عام 2015.
إنتاج جيد من أرض مالحة تماما
وقد تراوح الإنتاج من الأرز بين 2, 3 إلى 2, 4 أطنان، وذلك من السلالة المقاومة للملوحة، في حين يتراوح إنتاج السلالة العادية بين 4 إلى 5 أطنان للفدان، كما تم التوصل لسلالات من القمح تنتج 15.5 إردبا للفدان، في حين تنتج السلالة العادية من القمح بالمياه العذبة وفي الأرض العادية تنتج حوالي 18 إردبا للفدان .
ولم تقتصر إمكانات السلالات الجديدة على مقاومة الملوحة والجفاف؛ بل تعدتها لتنافس السلالات العادية في القيمة الغذائية التي تحتويها
محاصيل المستقبل.. تحارب الفيروسات والتلوث
كما أن السلالة الجديدة تساعد في تحسين صفات التربة المالحة التي تزرع بها، وهو ما يساهم في استصلاح أراضٍ جديدة، وذلك في حالة الزراعة بمياه عذبة تغسل أملاح التربة، وبالتالي تحولها من أرض ملحية لا تصلح للزارعة إلى أرض صالحة تماما للزراعة.
و
هناك احتمالات بأن تتميز السلالات الجديدة من القمح والأرز بالقدرة على مقاومة تلوث البيئة، ويرجع هذا إلى ارتفاع كفاءة نبات الغاب في عملية البناء الضوئي؛ الأمر الذي يمكن السلالات الجديدة من القمح أو الأرز –في حالة نقل تلك الصفة إليها- من امتصاص كمية أكبر من ثاني أكسيد الكربون، وإفراز كمية أكبر من الأكسجين، وبالتالي يساهم في محاربة التلوث.
كما تم التوصل لسلالة أرز شتوية -ولكنها ما زالت تحت التجارب- وبالتالي نتمكن من زراعة الأرز صيفا وشتاء أو نزرع الأرز شتاء، ونوفر المساحات لزراعة ما نحتاجه من محاصيل صيفية كالقطن مثلا.
ويتوقع د. أسامة الشيحي التوصل لأصناف من الأرز والقمح لها القدرة على مقاومة الأمراض والفيروسات كما يتصف بذلك نبات الغاب؛ فهو من النباتات التي تتحمل الظروف المعاكسة؛ بمعنى أنه قادر على التكيف مع الحرارة المرتفعة والبرودة الشديدة والرطوبة العالية وجو الأمراض (حشرات وغيرها)، وبالتالي فمن المتوقع أن تكون سلالات القمح والأرز الناتجة من المقاومة أيضاً للظروف المعاكسة.
ونظرا لأهمية الأمر فقد تم إنشاء مركز لجعل النباتات تتحمل الملوحة، ويمثل هذا المركز بيت الهندسة الوراثية في مصر، وبدأت فكرة إنشاء المركز في عام 1989، وتم البدء في إنشائه بتمويل من جامعة القاهرة عام 1991 على مساحة 750 مترا مربعا، وتكلفته الإجمالية حوالي مليونين و300 ألف جنيه مصري، بالإضافة للأجهزة المعملية التي تقدر بمليون دولار أمريكي.
وحول الأسباب التي تؤدي إلى عدم تعميم الاكتشاف حتى الآن يؤكد د. أسامة الشيحي أن تعميم الاختراع يتطلب أن يتم تسجيله، وهذا يحتاج عمل ترتيبات كثيرة مثل تحضير ما يسمى بالبصمة الوراثية التي نجهزها حاليا، وصرح بأنه خلال شهر أكتوبر 2002 على أكثر تقدير يكون قد تم التسجيل؛ سواء لصنفي تحمل الجفاف أو الملوحة العالية اللذين أصبحا جاهزين للزراعة في أي مكان؛ ليكونا هدية من مصر للوطن العربي والإنسانية جمعاء.