إن الإجهاد الناجم عن الجفاف هو أحد أهم القيود التي تواجه الإنتاجية الزراعية العالمية، ومع تزايد ندرة المياه في العديد من المناطق، فإن الحاجة إلى المحاصيل التي يمكن أن تزدهر في ظل ظروف محدودة من المياه لم تكن أكثر إلحاحا، فالعلم البيولوجي يوفر مجموعة متنوعة من الأدوات القوية للتعجيل بتطوير أنواع المياه المقاومة للجفاف، بما يتجاوز حدود التوالد التقليدي عن طريق استهداف الآليات الجينية والجزئية التي تحكم أساليب الانتقاء النباتية في مجال العجز في المياه.

الهندسة الوراثية للتسامح مع الجفاف

إن الهندسة الوراثية - التلاعب المباشر بجين الكائنات الحية باستخدام تكنولوجيا الحمض النووي المصاحبة - كان حجر الزاوية في تحسين المحاصيل التكنولوجية الحيوية لعدة عقود، أما بالنسبة للتسامح في الجفاف، فإن الهدف هو إدخال أو تعديل الجينات التي تساعد النباتات على الشعور بالعجز في المياه، والرد عليه، والاستمرار فيه، وخلافاً للتوالد التقليدي الذي يعتمد على التوافق الجنسي والتباين الجيني الطبيعي، فإن الهندسة الوراثية تتيح لعلماء نقل الجينيات من أي نوع من أنواع أخرى، بما في ذلك

الإنتاج المانع للإدمان

ومن بين الاستراتيجيات الأكثر شمولاً التي شملت محطات هندسية لتجميع الأوسموليات أو الناموسومات - الجزيئات العضوية التي تساعد الخلايا على الاحتفاظ بالمياه والحفاظ على ضغط المطهر تحت ضغط الأوسمة، وتشمل المواد المحتوية على البروبين والبقعة الجليدية والثديينات، والغازات العضوية الثابتة، والمانينيتول.

الهندسة المعمارية ودرجة المياة

كما أن التسامح إزاء الحماية الخلوية، وكذلك بشأن قدرة المصنع على الحصول على المياه من طبقات التربة الأعمق، وقد استخدمت الهندسة الوراثية لتعديل مواصفات النظام الجذري مثل طول الجذور وزاوية النسيج وكثافة الشعر الجذري، مثلاً، التكاثر الجيني [الثابت]

التنظيم الحرفي وكفاءة الترجمة

(ب) المواد الإباحية على أسطح الأوراق التي تتحكم في أسعار الصرف وفقدان المياه: في حالة الجفاف، تكون النباتات قريبة من الناحية الطبيعية لحفظ المياه، ولكن هذا يخفض أيضاً كمية كمية ثاني أكسيد الكربون وتصلب الصور، ويمكن أن تؤدي عمليات التحلل الحراري إلى تحسين كفاءة استخدام المياه (WUE) دون وجود تأثير شديد على الغلة().

مصانع التسجيل والشبكات التنظيمية

(د) عدم توجيه أي شكل من أشكال الإجهاد إلى [الإنبعاثات]، أو إلى [الضبابية]، أو إلى [الضغوط]

اختيار المعالم واختصاصات المعالم

وفي حين أن الهندسة الوراثية المباشرة توفر رقابة دقيقة على جينات محددة، فإن العديد من صفات التسامح إزاء الجفاف هي صفات متعددة الجينيات تخضع لرقابة متعددة الطبقات الكمية ذات التأثير الصغير، وتُعتبر الانتقاء التقليدي للتنوع النباتي من أجل التسامح إزاء الجفاف بطيئاً لأن السمة تتأثر تأثراً كبيراً بالبيئة وتظهر ضعف قابلية الارتحال.

كيف يعمل الاختيار المصمم

ويبدأ نظام رصد وتقييم التنفيذ برسم خرائط لسجلات الحد من معدلات الإصابة بالاضطرابات الناجمة عن الجفاف - مثل العمق الجذري، والتكيف الطفيف، أو نوع البكر، أو الغلة الحبوبية في المناطق التي تستخدم فيها الإجهاد ثنائيات العضلات أو مجموعات رسم الخرائط، وعندما يتم تأكيد خط الحد من الكوارث، فإن علامات الجزيئية التي تغازل المنطقة المستهدفة (مثلاً، التسلسل البسيط، وتعددية الإجهادية الوعية الوعية الوعية الوعية الوعية) تستخدم في جنوبية.

أمثلة من الميجور كروبس

In rice, the qDTY12.1 QTL identified in a Vandana × Way Rarem mapping population has been introgress into several popular varieties, such as [FL

اختيار المركب للتسامح مع الجفاف

"الخيارات الجينيّة تتعدى "الـ "إم إس" باستخدام بيانات على نطاق الجيني للتنبؤ بقيمة توالد الأفراد للخصائص المعقدة مثل التسامح في الجفاف

Genomic Editing Technologies

وقد أدى ظهور أدوات تحرير الجينوم (CRISPR-Cas9) وما يتصل بها من أدوات إلى إحداث ثورة في التكنولوجيا الحيوية للمحاصيل من خلال إتاحة إجراء تعديلات دقيقة وموجهة على منجم النباتات دون إدخال حمض نووي أجنبي، ويمكن استخدام التحرير من أجل: `1` وضع نظم سلبية للتصدي للإجهاد، `2` فرض غرامة على التعبير عن الجينات القائمة عن طريق تغيير مناطق المروجين، أو `3` إدخال آثار مؤثرة

تحرير المنظمين الزنوج

In drought tolerance mechanisms are controlled by repressors that are normally active to prevent resource-wasteful stress responses under favorable conditions. Editing these negative regulators can release the brakes and activate tolerance pathways. For instance, knocking out TOO MANY BUDDING1[FLT:] ([FLT:]

مروج تحرير لعربة أوبتيمال

يمكن للتحرير أن يعدل المروجين ليستخدموا مستوى التعبير عن جينات مفيدة، مثلاً، فإن الباحثين (FLT:0) يُعززون الجيل () من حيث التعددية، ويزيدون من حساسية البوليسترينات البيرفلورية، ويتحملون الجفاف في

إصلاح مُنقَّع لاستبدال نظام " بريسيز أل "

As cases where a specific SNP is known to confer drought tolerance (e.g., a variant in the ]DREB1 promoter that increases its binding affinity for a transcription factor), homological-directed repair (HDR) can be used to precisely replace the wild----type allele with the useful version.

إن إمكانية تحرير الجينات لا تقتصر على جينات واحدة، إذ أن التحرير المتعدد التراكم يستهدف عدة جينات في آن واحد من مربيات التدفق إلى هندسة صفات معقدة عادة ما تكون متعددة الجينات، وقد أدى التحرير المتحرك لأربعة أجهزة تحكم سلبية في مقاومة الجفاف في الأرز إلى حدوث آثار مضافة وتحسّن كبير في الأداء الزراعي.

النُهج التكنولوجية الأحيائية الناشئة

وبالإضافة إلى الركائز الثلاث القائمة، تقوم مجموعة من الأساليب الجديدة التكنولوجية الحيوية بتوسيع مجموعة أدوات مقاومة الجفاف، وتشمل هذه الوسائل تدخلات في نظام تقييم المخاطر النووية، وتحرير الأوبئة، والبيولوجيا الاصطناعية، واستخدام مجارات التربة المفيدة التي تُصمم لتعزيز التسامح مع النباتات.

RNA Interference (RNAi) for Gene Silencing

ويتيح نظام RNAi تحديد التسلسلات المحددة للجينات المستهدفة عن طريق إدخال نظام RNA ذي شقين، مما يؤدي إلى تدهور نظام MRNA، وهو ما يفيد في إسقاط الجينات التي تكون غير مؤاتية أثناء الإجهاد الناجم عن الجفاف، ومن ذلك مثلاً، الحد من [متغيرات الأشعة تحت الحمراء](أ)(أ)(ه)(ه)(ه)(ج) التراكمي في قوالب التبغ(2).

Epigenome Editing and Small RNAs

وقد أدت عوامل التسامح في مجال الإجهاد الناتج عن الإجهاد الناتج عن الإجهاد الناتج عن الإجهاد الناتج عن الإجهاد الناتج عن الإجهاد الناتج عن الصبغي إلى إحداث تغيرات في عوامل التكرار في استخدامات الإجهاد الناتج عن الصبغي أو الانزيمات الهزلية (مثلاً، التي لا تزال مثبتة في سلسلة الأشعة تحت الحمراء) إلى تغيير تعبير الجينات المستهدفة بشكل عكسي دون تغيير مسارات الصبغة الصبغة.

علم الأحياء الاصطناعية: تصميم دوائر جينية جديدة

فالبيولوجيا الاصطناعية تهدف إلى بناء شبكات جديدة للجينات تعمل بشكل مستقل عن اللوائح المحلية، وبالنسبة لتسامح الجفاف، صمم الباحثون مروجين " غير قابلين للتصفح " لا يدفعون إلى التعبير عن المتحولات الحمائية إلا عندما تختبر النباتات عجزاً في المياه، وتخفف من عقوبة الغلة.

Plant —Microbiome Engineering

كما أن " التكوينات الأساسية للغاز المتناثر " ، التي هي في الواقع، والتي هي في طور الحد الأدنى من الجفاف، أو في إطار نهج " الفولطوم " ، أو في شكل محمية، أو في شكل ميكروبات ذات مغزى، أو في إطار " نهج النمو التراكمي " ().

التحديات والحدود

وبالرغم من التقدم الملحوظ في التكنولوجيا الحيوية من أجل التسامح مع الجفاف، لا تزال هناك عقبات كبيرة، أولا، أن التسامح إزاء الجفاف هو سمة معقدة ومتعددة الجيني تتأثر بالتوقيت، وشدة، ومدة الإجهاد، فضلا عن التفاعل مع سائر الإجهادات المسببة للجفاف، وأن التعديل الجيني الذي يؤدي إلى حد كبير في مجال الاحتباس الحراري، قد يفشل في الميدان بسبب تداعيات البيئة.

التوقعات المستقبلية والتكامل مع عمليات الرضاعة التقليدية

أكثر الطرق واقعية لزراعة الجفاف المتفشية تكمن في دمج نُهج التكنولوجيا الحيوية المتعددة مع التوليد التقليدي والجزئي، مثلاً، يمكن للاختيار المصمم على أساس العلامات أن يُحدث بسرعة أعلى من الأقارب البرية أو مساحات الأراضي في خلفيات النخبة، بينما يمكن للتحرير الجيني أن يُحسّن التعبير عن تلك الأغلال أو أن يزيل المُنظمة السلبية.

ويتمثل التدبير النهائي للنجاح في توفير أنواع عالية المرونة والارتفاع في اللحام، التي يرغب المزارعون في اعتمادها، وفي مناطق مثل أفريقيا جنوب الصحراء الكبرى وجنوب آسيا، حيث يكون صغار المزارعين أكثر عرضة للجفاف، والشراكات بين القطاعين العام والخاص، وتوزيع البذور المنخفضة التكلفة، هي ذات أهمية التكنولوجيا الحيوية الأساسية.