إن تطفل المياه المالحة وتسلية التربة يزيدان من الأخطار التي تهدد إنتاج الأرز العالمي، خاصة في مناطق دلتا الميكونغ في فييت نام، ودلتا غاينغز - برامابوترا في بنغلاديش، والمناطق الساحلية في الصين والهند، ومعدل ارتفاع مستوى البحر، والإفراط في استخراج المياه الجوفية، وسوء ممارسات الري تؤدي إلى تفاقم المشكلة، مما يجعل ملايين الهكتارات من حقول الإجهاد التقليدية أسرع.

بيولوجيا سترات الملح في رايس

كما أن الإجهاد الناجم عن السلب في الأرز هو في المقام الأول ظاهرة ذات مرحلتين، حيث أن المرحلة الأولى، وهي الإجهاد الرئوي، تحدث في غضون دقائق إلى ساعات بعد التعرض لتركيزات الملح العالية، كما أن ارتفاع القوة الأيونية في حل التربة يقلل من إمكانية التحلل في المياه، مما يجعل من الصعب على الجذور أن ترتفع في المياه، مما يؤدي إلى سرعة تذوب الورق وإغلاق المواد الكبريتية، وإلى انخفاض في التوسع في الصور.

وتشمل الضغوط الثانوية الإضافية الأضرار الأكسدة الناجمة عن الأنواع الأكسجينية الرجعية المنتجة تحت ضغط الملح، والاختلالات التغذوية (مثل انخفاض كمية الكالسيوم والمغنيزيوم)، والتآكل الهرموني، ولا سيما الحمض السوفيزي والإيثيلين، وتتجاوز النتيجة العامة الانخفاض الشديد في عدد الزلازل، وطول الذعر، والخصوبة المتسربة، والخسائر في السلوكيات الجرثية 50 في المائة).

حدود الرضاعة التقليدية

كما أن التوالد التقليدي للتسامح مع الملح في الأرز قد استمر منذ عقود، مع نجاح معتدل، كما أن Saltol Saltolss-d-dn-dn-d.

النُهج الهندسية الوراثية

تجاوزات في العرض

Inpressing untypet: RUFT, RUCT, ///

وتشمل النُهج التي تم استكشافها أيضاً إدخال سمومات متوافقة (مثلاً، الخيوط، والبقعة البلازمية، والبرق) تساعد على الحفاظ على التوازن المغناطيسي وحماية البيوت الكلية، فعلى سبيل المثال، فإن SP[FLT:] التكاثر الجيني من اليود، عندما يُعبر عن ذلك عن مستويات الإجهاد

CRISPR-Cas Genome Editing

(ب) إن تكنولوجيا CRISPR-Cas توفر بديلاً أكثر دقة للمتحولين، وبدلاً من إدخال الحمض النووي الأجنبي، أو CRISPR-Cas9 أو المحررين الأساسيين، يمكن أن يعدل جينات الأرز القائمة لتعزيز وظيفتها أو تغيير التسلسلات التنظيمية، فعلى سبيل المثال، استخدم الباحثون نظام CRISPR إلى تعطيل OsRR22، وهو عامل صاد سلبي في مواجهة معل

يمكن استخدام هذه التقنية لإعادة بناء الأقرباء البريين أو مسروقات الأراضي مباشرة في مزارع النواة الواحدة دون إحداث انقطاعات في المضرب المزدوج، ويمكن استخدام هذه التقنية لإعادة إنتاج الأغلفة المفيدة التي توجد في الأقارب البرية أو في مسالك الأراضي مباشرة في مزارع النخبة، وعلى سبيل المثال، فإن التحول إلى نقطة في [العملية المعززة]([5])

جينات رئيسية وطرق قيد التحقيق

وفيما عدا الناقلين المذكورين أعلاه، يجري بنشاط هندسة عدة أسر أخرى من الجينات من أجل التسامح مع الملح في الأرز:

  • SOS pathway: The Salt Overly Sensitive (SOS) pathrising ]SOS1 (plasma membrane Na+/H+ antiporter), SOS2
  • OsHAK family]: Members of the HAK/KUP/KT family, particularly ]OsHAK5 and OsHAK21, are high-affinity K+Ksisa
  • Vacuolar H+-PPase]: الجين AVP1 (من Arabidopsis) يُستخدم مضخة بروتونية من طراز كربونات الصنع تولد قوة دافع الاختراق اللازمة
  • Transcription factors]: Several transcription factors regulate downstream salt-responsive genes. OsbZIP72, OsNAC5, [FLR:6]
  • miRNAs]: MicroRNAs such as miR156, miR393, and miR396 modulate salt stress responses by targeting stress-related transcription factors. Manipulating miRNA expression using artificial miRNA constructs is an emerging strategy.

A integrative approach -combining genomics, transcriptomics, and metabolomics - is now being used to identify the most promising multi-gene combinations. For example, a recent study co-expressed OsNHX1 with OsBADH1

آخر المنجزات ونتائج المحاكمات الميدانية

عدد من خطوط الرز المصممة جينياً من الخضروات إلى التجارب الميدانية في السنوات الخمس الماضية، وفي الصين، أظهر خط متجاوز للخط الجيني OsHKT1؛5[FL:1] تحت خط معزز محدد للجذور 80 في المائة من الضوابط التقليدية في إطار معاملة ميدانية قدرها 60 ميلاً من مياه الري

وربما كان أكثر الجهود طموحا هو مشروع الأرز C4، الذي تدعمه مؤسسة بيل ميليندا غيتس، والذي يهدف إلى إقامة مسار أكثر كفاءة في التصويري للسيارات من طراز C4 إلى الأرز، وفي حين أن الهدف الرئيسي هو زيادة إمكانيات الإنتاج، فإن الأرز من طراز C4 يُظهر أيضا تحسين كفاءة استخدام المياه، مما يُضفي على نحو غير مباشر على إجهاد الأليموز الذي يسببه الملوحة، وعلى الرغم من أن المشروع لا يزال في طور التطوير، قد أحدث تحولا في هذا المشروع.

وهذه النتائج مشجعة، ولكن من المهم ملاحظة أن معظم المحاكمات الميدانية تجري على قطع أرض صغيرة نسبيا في ظل ظروف ملوحة مدارة بدلا من أن تجرى في مستويات ملوحة شديدة التجانس والدينامية توجد في بيئات زراعية حقيقية، وأن التوسع في المناطق الزراعية الإيكولوجية والتحقق منها لا يزال خطوة هامة في المستقبل.

التحديات التي تواجه التبني

Regulatory and Biosafety Hurdles

وتواجه المحاصيل المصممة جينياً استعراضات تنظيمية صارمة في العديد من البلدان، إذ أن الأرز الملوث بالملح، لأنه يحتوي على حمض نووي من خارج الأنواع، يجب أن تخضع لتقييمات واسعة النطاق بشأن السلامة الغذائية والبيئية بموجب بروتوكول كارتاخينا للسلامة البيولوجية، وفي الاتحاد الأوروبي، فإن الموافقة بطيئة ومثيرة للخلاف السياسي، وحتى في بلدان مثل بنغلاديش والفلبين، حيث تم تعديل بيضات البتروجين والأرز الذهبي، فقد استغرقت العملية أكثر من عقد من الزمن.

قبول الرأي العام والمستهلك

ولا تزال ظاهرة تضخم المستهلكين في مناطق كثيرة مستهلكة للأرز مرتفعة، ففي الصين والهند، نجحت الأنشطة المناهضة للزراعة العالمية في إعاقة الإنتاج التجاري للعديد من المحاصيل المصممة، رغم التأييد العلمي، وقد ينطوي سوء المعلومات عن " الأغذية الصنعية " والخوف من السيطرة المؤسسية على إمدادات الأغذية، رغم أن التلقيم الملحي لا ينطوي على إدخال إنتاج مبيدات الآفات أو على تسامحها الجائر.

الاعتبارات الإيكولوجية والزراعية

ومن بين المخاطر الإيكولوجية المحتملة التدفق الجيني من الأرز المصمم إلى الأقارب البريين (مثلاً، Oryza rufipogon في آسيا) ويمكن أن تُمنح جينات التسامح في مجال الملح ميزة انتقائية للأنواع البرية، وربما تغير ديناميات النظم الإيكولوجية، غير أن معدلات التكاثر في الأرز هي الغالب ذاتي، ومعدلات التدفق الجيني منخفضة عموماً (دون 1 في المائة في كل جيل).

المسائل الاقتصادية ومسائل الإنصاف

فمعظم أنواع الأرز التي تتسامح مع الملح هي من صنع مؤسسات القطاع العام (مثل المعهد الدولي لبحوث الأرض، ونظم البحوث الزراعية الوطنية) بدلاً من الشركات المتعددة الجنسيات، وهذا ميزة من حيث القدرة على تحمل التكاليف، حيث أن هذه الأنواع عادة ما تستهدف صغار المزارعين في البلدان النامية دون تكاليف باهظة، ومع ذلك فإن تكلفة تطوير مجموعة متنوعة من الأنواع تشمل الامتثال التنظيمي واختيار الحالات تشجع على الوصول إلى هذه المنتجات على نحو واسع النطاق.

الاتجاهات المستقبلية

Multiplex Genome Editing

ويمكن أن تتيح التطورات في تكنولوجيا نظام CRISPR الآن تحرير جينات متعددة في وقت واحد في حدث تحويل واحد، مثلاً باستخدام نظام متعدد الأطراف لمسح الكربون وإعادة التحريج في إطار الاختبارات الشاملة، يمكن للباحثين أن يستهدفوا عدة نظم سلبية للتسامح في مجال الملح (مثلاً، ]OsRR22،

Allele Mining and Synthetic Biology

أنواع الأرز البرية، مثل Oryza coarctata) (التي تزدهر في المياه الساحلية المالحة في جنوب آسيا)، ورفوف جميع العجلات التي تمنح تسامحاً شديداً للأملاح غير موجودة في الأرز المزروعة، وقد حددت أوجه التقدم في التسلسل والتجميع الجيني الطويلي المضغ من هذه الأقارب الجامدة([المثلة]).

Salinity Resilience via Microbiome Engineering

An emerging complementary approach is to engineer the root microbiome to enhance salt tolerance. Many halophytic plants rely on symbiotic bacteria that produce phytohormones, degrade ethylene Salvador, or increase nutrient availability. While not a direct genetic modification of the rice plant, inoculating seeds with salt-tolerant Azospirillum[

التكامل مع دعم الزراعة والقرارات

وحتى أكثر أنواع الملح التي تتصف بالتسامح لا يمكن أن تؤدي على نحو جيد إذا تجاوزت مستويات ملوحة التربة حدها الفيزيولوجي، كما أن الرصد الفوري لمواد السلوك الكهربائي في التربة باستخدام أجهزة الاستشعار التي تستخدم فيها مادة إيوت، مقترنة بأدوات دعم القرار التي توصي بأوقات زراعية مثلى ونظم الري والجداول الزمنية للغسل، سيزيد من فوائد الأنواع الجيولوجية إلى أقصى حد، كما أن استخدام التصوير المتعدد الأطيارات المسيلية المسيلية المسيلة يمكن أن يكشف عن علامات الإجهاد المبكر التي تستهدف المزارعين.

خاتمة

إن الهندسة الوراثية ليست رصاصة فضية، ولكنها عنصر قوي في استراتيجية أوسع لجعل إنتاج الأرز مرنة للخطر المتزايد الذي يمثله ملوحة التربة، ومن الإفراط في الضغط على الملايين من ناقلات الأيوني، ومن حماة النسيج إلى التحرير الدقيق للمنظمين السلبيين، فإن مجموعة الأدوات قد اتسعت بشكل كبير في العقدين الماضيين، وإن كانت أولية، فإن نتائج التجارب الميدانية تُقارن بالجيلات.

[مراجعة] [ملح] للتسامح في الأرز: الآليات والتحسينات الوراثية (الاستعراض السنوي لبيولوجيا النباتات)، ]