Capítulo IX: segundo pago / contenido
.
Los cereales son la fuente de alimento
más importante a nivel mundial gracias a sus semillas, fáciles de
conservar y muy ricas en carbohidratos, nuestra principal fuente de
energía química. Los granos de cereal almacenan los carbohidratos en
forma de un compuesto químico llamado almidón, formado a su vez por dos compuestos químicos: la amilosa (largas cadenas de glucosa sin ramificar) y la amilopectina (largas cadenas de glucosa ramificadas). Distintas proporciones de amilosa determinan distintas cualidades. El arroz silvestre Oryza rufipogon, el ‘indica’ y el ‘japonica
tropical’ tienen alta proporción de amilosa (20-30%), por ello sus
granos son ‘sueltos’ y ‘libres’ una vez cocinados. Por el contrario,
algunas variedades de arroz ‘japonica templada’ son muy pobre en
amilosa (1-20%), por ello sus granos son adherentes, pegajosos y forman
agregados cuando son cocinados; tales variedades son conocidas como ‘arroz glutinoso‘ (ref. 42).
Para entender a nivel genético el origen
de los distintos tipos de arroz en función de su cantidad de amilosa es
preciso saber que un gen contiene dos tipos de material genético: (1) exones, codifican proteína; (2) e intrones,
no codifican proteína. En un gen los intrones se intercalan con los
exones. Antes de formar una proteína, existe una etapa intermedia del
gen llamada RNA mensajero. El RNA mensajero con intrones se denomina RNA mensajero inmaduro; posteriormente se sucede una etapa donde los intrones son eliminados y los exones son unidos entre sí. Este RNA mensajero constituído únicamente por exones se llama RNA mensajero maduro,
este será el encargado de fabricar la proteína que le corresponde. El
proceso por el cual se eliminan los intrones y se unen los exones se
llama splicing y es llevado a cabo por proteínas especiales.
القسم التاسع: المحتوى
تشكل
البقوليات المصدر الأهم للتغذية على مستوى عالمي بفضل بذورها، سهولة حفظها وغناها
بالكاربوهيدرات، وهي المصدر الرئيسي لطاقتنا الكيميائية. تخزن الحبوب الكاربوهيدرات على
شكل مركب كيميائي إسمه النشاء، والذي يتشكل بدوره من مركبين كيميائيين، هما:
الأميلوز (سلاسل غلوكوز طويلة دون تفرُّع) والأميلوبكتين (سلاسل غلوكوز طويلة
متفرعة).
تحدد بروتينات مختلفة في الأميلوز مزايا مختلفة.
يحتوي الأرز البري Oryza
rufipogon،
"الهندي" و"الإستوائي الياباني" نسبة مرتفعة من الأميلوز (20
- 30%)، ولهذا، حبوبها "منفصلة" و"حرة" عند طبخها.
وبشكل
معاكس، بعض أنواع الأرز "المعتدل الياباني" فقيرة بالاميلوز (1 -
20%)، بالتالي، حبوبها متلاصقة ولصيقة ببعضها فتشكل كتلة واحدة لدى طبخها؛
تعرف هذه التنوعات تحت اسم "الأرز الغلوتيني" (مرجع 42).
لأجل فهم أصل الأنواع المختلفة للأرز،
على مستوى جيني وراثي، وبما يخص تأثير كمية الأميلوز، ضرورية معرفة أن جين
يحتوي على نوعي مادة وراثية:
الإكسونات، التي تساهم بقوننة
البروتين؛ والإنترونات التي لا تساهم بقوننة البروتين.
تتواجد الإنترونات بين
الإكسونات ضمن الجين. قبل تشكيل البروتين، توجد مرحلة وسيطة للجين تسمى الرنا المرسال. حيث يسمى الرنا المرسال مع إنترونات بالرنا المرسال البدائي؛ ثم تحدث
مرحلة تلغى فيها الانترونات وتتحد الإكسونات ببعضها ضمن الجين، هذا الرنا المرسال
المحتوي على إكسونات متحدة، يسمى رنا مرسال ناضج، وهو المسؤول عن تركيب
البروتين الموافق له. يطلق على العملية، التي يحدث خلالها إلغاء الإنترونات واتحاد
الإكسونات، التوصيل (إزالة الانترونات) Splicing، وتقوم
بروتينات خاصة بهذا الأمر.
إلى اليسار، عملية السبيلينغ أو التوصيل. إلى اليمين، تمثيل للأميلوز والأميلوبكتين
هذه المفاهيم ضرورية لفهم كيف
يُعطى أصل الحبوب اللزجة بتنوعات محددة من الأرز "الياباني المعتدل".
يركب الجين Waxy بروتين مسؤول عن التصنيع الصحيح للأميلوز، لدى هذا الجين أليلين
(فكل أليل هو نسخة من هذا الجين):
الأليل Wxa لحبوب غير متلاصقة
والأليل Wxb لحبوب متلاصقة.
يُعرف بفضل علم الوراثة بأنّ الأليل Wxb، قد تطور من الأليل Wxa بسبب طفرة بسيطة.
حصلت الطفرة في النقطة التي يتصل بها أول إكسون مع أول إنترون (مراجع 22، 42 و65).
دون تغير في الشكل، أعاق هذا التغير
التعرف على منطقة الإتحاد، وكتبعة لهذا، لم تحدث عملية التوصيل بنجاح إلا نادراً
جداً. وكتبعة لهذا، تحتوي النباتات مع الأليل Wxb على بروتينات أقل Waxy، ولهذا، تصنع القليل
من الأميلوز وحبوبها لزجة أكثر (في الظروف الأكثر تطرفاً، تنتج 1% أميلوز
فقط). ومن المثير، أن هذه الطفرة لا تؤثر على الإنتاج ولا على الإنبات، بل شكّلت
فائدة لدى بعض الأنواع. يمثل "الأرز الغلوتيني" أكثر من 85% من نباتات
النوع "الياباني المعتدل". سببت هذه القيمة المطبخية بانتشار كبير
وانتقاء إيجابي لنباتات الأليل Wxb (مراجع 22، 42
و65).
تأثير الطفرة على الإكسون، وبالتالي، على سير عملية التوصيل بصورة صحيحة، وكتبعة لهذا، يجري تصنيع القليل من البروتين، وبالتالي، القليل من الأميلوز
زوج آخر من الجينات يلفت الانتباه،
هما الجين GIF1 والجين OsCIN1، ينتميان إلى
عائلة الجينات المسماة CWI (مختصر cell
wall invertase) ويصنعان بروتينات وظيفتها نقل السكريات من مكان إلى آخر.
منذ
ملايين السنين، تواجدت نباتات أسلاف مع الجين نوع CWI، وبلحظة معطاة، ولّد
أولئك الأسلاف نباتات مع مادة وراثية مضاعفة، وبنسختين متطابقتين من الجين CWI. ستشكل تلك النبتة
مع المادة الوراثية المضاعفة سلف النجيليات، التي عرفناها في القسم الرابع. يمكن
أن يحدث الكثير من الأشياء مع الجينات المضاعفة، أحد تلك الأشياء هو فقدان نسخة من
النسختين لوظيفتها، متحولة إلى جين مزيف أو معطل (أحفور جيني). الشيء الثاني،
بأن تكتسب نسخة من النسختين وظائف جديدة (مراجع 60 و61).
في هذه الحالة، ستعطي نسخة من الجين CWI السلف الأصل للجين GIF1، جين نشيط في جذور
وساق ومعطل في الأوراق؛ فيما ستعطي النسخة الأخرى الأصل للجين OsCIN1، النشيط في الأوراق
والمعطل في الجذور والساق. كذلك، الجينان مسؤولان عن امتلاء الحبوب
بالسكريات، حيث يعمل كل جين بأزمنة مختلفة وبأنسجة مختلفة ضمن البذرة خلال تشكلها.
لكن، لم يتخصصا بوظائف متنوعة بطول تاريخ تطور النجيليات فقط، بل ساهم تدجين الأرز
بتحولهما من جديد (مراجع 60 و61).
يختلف البديل GIF1 في النباتات
المزروعة عنه في النباتات البرية. توجد طفرات في المنطقة
النشيطة من الجين GIF1 في النباتات المزروعة، يبدو ان هذه
الطفرات قد ساهمت بتركيب الجين للمزيد من البروتينات فوق الحد المطلوب، فمع مزيد
من البروتينات، ستتراكم السكريات في الحبوب أكثر خلال الخمس عشرة يوم الأوائل
بنضجها، وكتبعة لهذا، ستصبح الحبوب أكثر وزناً وتغذية، لهذا، فنباتاتها منتجة
أكثر. بمرور الخمسة عشر يوم تلك، يواظب الجين OsCIN1 عمله في الحبوب
ويحقق مهمة مراكمة السكريات، وبهذه الحالة، تملك النباتات المزروعة طفرات في الجين OsCIN1، والتي جرى إنتقاؤها خلال عملية التدجين، حتى لو بقيت وظيفته الرئيسية مجهولة (مراجع 60 و61).
في جميع الأحوال، يبدو أن تلك الجينات تشكل حالة معاكسة للجينات السابقة:
لم تساهم
الطفرات بتقليل فعلها أو بتثبيطها؛ بل جعلتها تلك الطفرات فعالة أكثر وذات نشاط أكبر.
الجين GIF1 بكثير من الأنواع المزروعة
قد يهمكم الإطلاع على مواضيع ذات صلة
ليست هناك تعليقات:
إرسال تعليق