المعلومات الوراثية وأمراض النبات

المعلومات الوراثية وأمراض النبات

المعلومات الوراثية للكائن تعني ماهو هذا الكائن وما يستطيع ان يفعل او ان يقوم به

هذه المعلومات تكون محمولة على DNA الكائن اما في الفيروسات تكون محمولة على RNA او على DNA حسب تركيب الفايرس

في كل الكائنات فان معظم الDNA يكون موجودا في الكرموسوم سواء كان واحد او اكثر . في الكائنات الحية Prokaryoticمثل البكتريا والمايكوبلازما يكون فيها كرموسوم واحد فقط في السايتوبلازم ,بينما في Eukaryotic فان النواة فيها العديد من الكروسومات . في معظم ان لم يكن في كل الكائنات Prokaryotic وفي الكائنات المتدنية من Eukaryotic تحمل في السايوبلازم جزيئات دائرية صغيرة من الDNA تسمى Plasmid وكذلك فان الDNA البلازمد يحمل ايضا معلومات وراثية ولكنه يتضاعف ويتحرك مستقلا عن الDNA الكرموسومي . زيادة على ذلك فان جميع خلايا الكائنات Eukaryotic تحمل الDNA في المايتوكوندريا , اما في خلايا النبات فانها بالاضافة لذلك تحمل الDNA في البلاستيدة الخضراء .



ان المعلومات الوراثية في الDNA محولة الى رموز في شكل خيطي في تتابع القواعد الاربعة A,C,G,T كل ثلاثة قواعد متجاورة تكون شيفرة لحامض اميني معين . ان الجين هو جزء من الDNA ويتكون من 100-500 او اكثر من الجينوما )وهي ثلاثة وحدات متجاورة والتي تكون شيفرة لجزئ بروتين واحد ) او يكون شيفرة لجزئ واحد من الDNA.

عندما يكون الجين نشيطا, فهذا يعني انه مكلف بمهمة خاصة لذا فان واحدة من ضفائر الDNA تنسخ الى RNA وهذا يسمى tRNA اويكون rRNA فان قدرة الجين تكون كاملة الى حد ما حين النسخ . واذا كان الجين كما هو الحال في الغالبية العظمى منها تعطي شيفرة لجزء بروتين عندها يكون ناتج النسخ يكونmRNA الناقل. ويصبح هذا الاخير مرتبطا مع الرابوسومات والذي بمساعدة احماض نووية ناسخة tRNA تترجم ترتيب القواعد في mRNA الى ترتيب خاص للأحماض الامينية لبناء بروتين معين .

كل جين يعطي شيفرة لبروتين مختلف .هذه البروتينات تكون اما جزء من تركيب الخلية او انزيمات وهذا يعطي الخلية الصفات الشكلية المميزة وانواع المواد الكميائية المنتجة , طبعا ليس كل الجينات تكون مكلفة بمهمات في كل الاوقات نظرا لان هناك انواع مختلفة من الخلايا ولها احتياجات مختلفة , هناك تساؤلات وهي : أي الجينات تكون جاهزة للعمل ؟ ومتى تكون جاهزة او غير جاهزة ؟ وما هي المدة التي تبقى فيها جاهزه للعمل , هذه الاشياء تنظم بواسطة ضفائر اضافية من الDNA تسمى المثيرات promoters وتعمل كاشارات للجينات لتعبر عن نفسها او للتوقف عن التعبير بانتظام فهي تعطي الاشارات للبدء بانتاج RNA والبروتينات التي بدورها تعمل كحاثات مشجعات وتزيد قدرة الجين او انها تعمل كابحات او فاصلات لنشاط الجين . في كثير من الحالات التفاعل بي العائل والكائن الممرض فان جينات احدهما (المكون لهذا التفاعل ) تكون قد نبهت لتكون جاهزه للعمل بواسطة بعض المواد المنتجة من قبل المكون الثاني , مثلا الجينات المسؤلة عن انزيمات تحطيم جدار الخلية في الكائن الممرض يكون من الواضح انها تستحث بواسطة وجود جزيئات كبيرة في جدار خلية العائل والتي هي المادة الخاضعة لعمل هذه الانزيمات . كذلك فان جينات التفاعلات الدفاعية في العائل مثلا انتاج مادة phytoalexins, تكون منبهة للنشاط بواسطة بعض الجزيئات الحاثة المنتجة بواسطة الكائن الممرض



EFFECT OF PATHOGENS ON TRANSCRIPTION AND

تاثير الكائنات الممرضة على نسخ AND

ان نسخ AND الخلوي الى RNA الناقل وترجمت ال RNA الناقل لانتاج البروتينات هما اثنتين من اكثر القواعد والعمليات المحكمة بدقة في السلوك الحيوي للاي خلية عادية. ان الجزء او الاجزاء من مجموعة العوامل الوراثية المستخدمة ومستوى وتوقيت النسخ والترجمة يختلف باختلاف طور التكشف ومتطلبات كل خلية . مع ذلك فان اضطراب هذه العمليات يمكن ان يحدث بواسطة الكائن الممرض او العوامل البيئية بواسطة تاثيرها على مقدرة الجينات مما تسبب تغييرات عنيفة غير ملائمة في تركيب ووظيفة الخلايا المصابة.

ان كثير من الكائنات الممرضة وخاصة الفايروسات والفطريات اجبارية التطفل مثل فطريات الاصداء والبياض الدقيق توثر على عملية النسخ في الخلايا المصابة . في بعض الحالات توثر الكائنات الممرضة على النسخ وذلك عن طريق تغير تركيب , بناء او وظيفة chromatin المرافقة لل AND في الخلية في بعض الامراض خاصة تلك المتسببة عن فايروسات فان الكائن الممرض من خلال انزيمه الخاص او عن طريق تحوير او تعديل في انزيم العائل RNA polymerase) ) والذي يجعل RNA يستعمل nucleotides نيوكليوتيدات خلية العائل وتوظيفها لعمل RNA الخاص به( اكثر منه في العائل ). في امراض عديدة فان نشاط الانزيمات التي تحطم ال RNA ( رايبونيوكليسزز ribonucleases ) يزداد احيانا بتشكيل انواع جديدة من هذه الانزيمات في النباتات المصابة هذه الانواع الجديدة المتكونه لم يعرف انها تنتج في النباتات السليمة . واخيرا فانه في العديد من الامراض وجد ان النباتات المصابة خاصة الافراد المقاومة يبدو انها تحتوي على مستويات اعلى ال RNA منها في النباتات السليمة وخاصة في الاطوار المبكرة من الاصابة . ومن المعتقد بشكل عام ان زيادة RNA وبا RNA لتالي زيادة التنفس في الخلايا ي RNA دل على زيادة تمثيل المواد الداخلة في ميكانيكية الدفاع في خلايا النبات .




الجينات والمرض GENES AND DISEASE

عندما تصبح النباتات المختلفة مثل الطماطم التفاح او القمح مريضة نتيجة للاصابة بالكائن الممرض فان الكائن الممرض بشكل عام يختلف مع كل نوع من العوائل النباتية وغالبا ما يكون متخصصا مع عائل نباتي معين وهكذا فان الفطر f. sp. lycopersici Fusarium oxysporum الذي يسبب ذبول الطماطم يهاجم الطماطم فقط وليس له اطلاقا أي تأثير على التفاح او القمح او أي نباتات اخرى . وبالمثل فان الفطر Venturia inaequalis الذي يسبب مرض الجرب يهاجم التفاح فقط وكذلك الفطر Puccinia graminis f.sp.tritci يسبب الصدا الساق في القمح فانه يهاجم القمح فقط .

السؤال ما الذي يجعل ظهور المرض ممكنا في هذه العوائل النباتية دون غيرها ؟ الجواب هو وجود جين او اكثر في الكائن الممرض للتخصص في شدة التاثير virulence يعمل ضد عائل معين وهذا العائل بدوره يعتقد انه يمتلك جينات معينة للتخصص وللقابلية للاصابة (حساس susceptible) بكائن ممرض معين.

ان الجين او الجينات المسؤلة عن الشدة او الفتك virulence في الكائن الممرض تكون عادة متخصصة لواحد او لقليل من انواع نباتات العائل المتقاربة وراثيا , وايضا فان الجينات التي تجعل عائل نباتي قابلا للاصابة susceptible لكائن ممرض معين تكون موجودة فقط في ذلك العائل الوحيد ومن المحتمل ان تكون موجودة في قليل من انواع نباتات العائل المتقاربة . وبالتالي فان الظهور المتزامن والتفاعل بين جينات خاصة للشدة او الفتك virulence في الكائن الممرض والجينات الخاصة بالقابلية للاصابة في العائل هي التي تحدد بداية تكشف او ظهور المرض . عند ئذ فان الكائن الممرض الذي يمتلك مجموعة جينات ال virulence والتي وجدت متخصصة في الكائن الممرض يكون هدفها محدد ضد عائلها او عوائلها الخاصة ومن ناحية اخرى فان كل عائل يمتلك مجموعة من الجينات للقابلية للاصابة susceptible لكائن ممرض معين مثل هذه الجينات تكون موجودة فقط في ذلك العائل النباتي الخاص وتلائم بوضوح فقط الكائن الممرض الخاص . ان تخصص جينات للشدة virulence وجينات للقابلية للاصابة susceptible يوضح لماذا يكون كائن معين شديدا الامراضية على احدى العوائل ولايكون شديدا على كل الانواع الاخرى من النباتات,ولماذا نبات عائل يكون قابلا للاصابة باحدى الكائنات الممرضة يكون غير قابلا للاصابة بجميع الكائنات الممرضة للنباتات.

طبعا هناك قليل من الكائنات الممرضة تكون قادرة على ان تهاجم عدة انواع واحيانا مئات من النباتات العائل ان مثل تلك الكائنات الممرضة تستطيع ان تهاجم اعدادا كثيرة من العوائل ويكون ذلك بسبب اما انها تمتلك عدة جينات متنوعة للشدة virulence أي انها ذات مدى وتاثير واسع الى حد ما اكثر من تلك الكائنات الممرضة والتي هي أكثر تخصصا وشيوعا. ان كل نوع من النبات يبدو انه قابلا للاصابة الى حد ما بعدد قليل من الكائنات الممرضة تكون عادة اقل من مائة لمعظم النباتات ومع ذلك فان بعض النباتات يبدو انها تهاجم بقرابة مائتين من الكائنات الممرضة , وهذا يعني ان نوع نباتي واحد يمتلك جينات للقابلية للاصابة susceptible تسمح له ليصاب باي كائن ممرض من واحد الى مائتين من التي تصيبه.

بالرغم من وجود جينات القابلية للاصابة susceptible وان النباتات لديها العديد من الكائنات الممرضة وكميات لا حصر لها من الافراد من نوع نبات معين مثل الذرة او القمح او فول الصويا والتي تعيش في مساحات واسعة من الاراضي وتزداد سنة بعد اخرى فان هذه النباتات تعيش اما خالية من الامراض او يظهر عليها القليل من الاعراض فقط حتى حين تكون معظم كائناتها الممرضة منتشرة بين النباتات

السؤال هو لماذا لم تهاجم جميع الافراد من نوع نباتي معين بكائناتها الممرضة؟ ولماذا تلك الافراد التي هوجمت بالكائن الممرض لاتموت ؟

ان الاجابة على تلك الاسئلة معقدة ولكن هناك بعض التفسيرات , ان النباتات خلال التطور او خلال برامج التربية تكون قد حصلت (بالاضافة الى جيناتها susceptible) على جين او اكثر للمقاومة والذي يحميها من الاصابة ,عندما يظهر جين جديد للمقاومة للكائن الممرض او عندما يدخل في النبات فان النبات يصبح مقاوما لجميع الافراد من الكائن الممرض الموجود سابقا . مثل هذه الكائنات الممرضة تحتوي على جين واحد وعادة اكثر من جين واحد للشدة virulence ولكنها اذا لم تحتوي الجين الاضافي الجديد للشدة virulence والذي هو مطلوب ليتغلب على تاثير جين المقاومة الجديد في النبات, فانها لاتستطيع اصابة النبات ويبقى النبات مقاوم . وبالتالي فان جين واحد جديد للمقاومة ضد الكائن الممرض يستطيع حفظ هذه النباتات التي تمتلك الجين من المرض المتسبب عن عدة سلالات من الكائن الممرض على الاقل لعدة شهور ومن المحتمل ان تكون المدة من بضع سنوات الى عدة سنوات .

ولقد تبين من خبرة الباحثين على الاتحادات العديدة من العائل والكائن الممرض انه بعد ادخال جين جديد للمقاومة للكائن الممرض في صنف من المحصول وان هذا الصنف زرع في الحقول, تظهر تجمعات جديدة من الكائن الممرض والتي تحتوي على جين جديد للشدة virulence والتي تمكن الكائن الممرض من مهاجمة نباتات المحصول المحتوية على جين جديد للمقاومة .

سؤال: كيف تمتلك هذه التجمعات الجديدة من الكائنات الممرضة الجين الجديد للشدة virulence ؟

في معظم الحالات فان الجين الجديد قد وجد مسبقا ولكن في افراد قليلة فقط من الكائن الممرض . مثل هذه الافراد من الكائن الممرض يمكن ان توجد ولكن بنسبة صغيرة جدا من مجموع تجمع الكائن الممرض , قبل ان تزرع النباتات ذات الجين الجديد للمقاومة على مدى واسع . بعد ان تكون مثل تلك النباتات قد استعملت فان الجين الجديد للمقاومة منع كل الافراد الكائن الممرض الاخرى ما عدا القلة المحتوية الجين الجديد للشدة والذي يمكن ان يهاجم هذه النباتات . ان منع الكائنات الممرضة التي افتقدت الجين الجديد تسمح للقليل الذي حمل الجين لان يتضاعف ويسود . او ان الجين الجديد يمكن ان يكون قد ظهر فجأة كرة اخرى وهذا يعني خلال طفرة او بواسطة اعادة ترتيب المادة الوراثية للكائنات الممرضة خلال أي وقت مضى للحوادث المستمرة في الاختلافات الوراثية في الكائنات

فقدان الامراضية في المزرعة Loss of Pathogen Virulence in Culture

ان شدت الكائنات الدقيقة الممرضة ( الامراضية ) كثيرا ما تنخفض عندما تحفظ الكائنات الممرضة في المزرعة لمدد طويلة نسبيا او عندما تمرر او تمر عدت مرات خلال عوائل مختلفة. اذا ما أطيلت فترة زراعة الكائن الممرض لمدة كافية فانه من الممكن ان يفقد شدته كليا . ان مثل هذا الفقد سواء كان جزئيا او كليا فانه يسمى احياننا attenuation الوهن ولقد تبين ان هذا يحدث في البكتريا , الفطريات و الفيروسات . ان الكائنات الممرضة التي عرف عنها في التجربة انها تفقد كل شدتها او جزء منها في المزرعة او في العوائل الاخرى تكون غالبا قادرة على استرجاع جزء او كل شدتها اذا ما اعيدت ثانية الى عوائلها تحت الظروف الخاصة. ان فقد الشدة virulence في المزرعة او في العوائل الاخرى يبدو انه نتيجة انتقاء الافراد اقل شدة او السلالات غير الشديدة من الكائن الممرض وهذا يحدث لان هذه الافراد او السلالات تكون قادرة على النمو والتكاثر في المزرعة او في العوائل الأخرى بسرعة اكثر من الانواع الشديدة بعد عدة نقلات في المزرعة او في العوائل الاخرى فان هذه الافراد الواهنة كثيرا او كليا يمكن ان تلحق وتحل محل الافراد الشديدة في كل الافراد , وبالتالي فان الكائن الممرض يكون اقل شدة او غير شديد كليا . عند اعادة حقن العائل الخاص بعزلات الكائن الممرض التي فيها الافراد الشديدة قد استبدلت كليا بافراد غير شديدة , تستمر في كونها غير شديدة وبالتالي فان فقد الامراضية غير مسترجع. ومن ناحية اخرى حين اعادة حقن العائل الخاص بعزلات فيها على الاقل بعض الافراد حية ولا تزال شديدة الامراضية خلال نقلها في المزرعة او عائل اخر فان هذا العدد القليل من الافراد والذي لايزال حيا وشديد الامراضية فانه يهاجم العائل ويتكاثر وبالتالي تزداد الافراد الشديدة في العدد مع كل حقنه لاحقة بينما في نفس الوقت الافراد غير الشديدة تنخفض او تستبعد مع كل اعادة حقن .