علم زارعة الأنسجة النباتية وتاريخ الزراعة النسيجية

علم زراعة الأنسجة هو ذلك العلم الذي يهتم بتنمية الخلايا والأنسجة والأعضاء النباتية المُستأصلة من النبات الأم على بينة اصطناعية تحت ظروف تعقيم في المعمل. ويعتبر Schleiden & Schwann أول من وضعا الأساس العلمي لزراعة الأنسجة وبالتالي التقنية الحيوية وإنتاج النباتات المحورة وراثياً. وذلك عندما اكتشفا النظرية الخلوية Cell theory والتي تفيد أن الخلية هي وحدة النبات الحي وأن نمو النبات يعنى تكوين مزيد من الخلايا. وقد طرحا نظريتهما للتكشف الذاتي totipotancy في سنة 1838 وهي تعنى ببساطة القدرة الوراثية الكامنة للخلية على تكوين جميع أنواع الخلايا النباتية الأخرى أو نبات كامل تحت ظروف معينة. وفي العام التالي أعلن Schwann أن الحيوانات تتكون أيضاً من وحدات بنائية هي الخلية. ومن الغريب أن نظرية تركيب الكائن الحي من وحدات تعرف بالخلية اهملت لفترة تصل إلى عقدين من الزمن. بل أن نظرية Schleiden واجهت اعتراضات كثيرة جدا لدرجة أنه أصيب بالإحباط واقلع عن العمل في هذا المجال. أما نظرية قدرة الخلية على تكوين فرد كامل فقد أكدت صحتها بعد ذلك بفترة طويلة جداً وبالتحديد في عام 1878 عندما أثبت Herman Vochting عمليا أن الاجزاء الصغيرة جداً من أنسجة النبات يمكن أن تنمو تحت ظروف خاصة.

أما التحقق الكامل لهذه النظرية فكان في عام 1954 عندما استطاع Muir مع فريقه البحثي من إنتاج أول كالوس ونبات بزراعة خلية فردية وبتقنية المزرعة الحاضنة. وكانت البداية الفعلية لهذا العلم في بداية التسعينيات من القرن التاسع عشر عندما نشر العالم الألماني Haberlandt نتائج محاولاته الأولى لزراعة خلايا كلاوربلاست بعض النباتات الزهرية على بيئة غذائية تتكون من سكر الجلوكوز والبيتون وأملاح محلول Knop المغذى ونشر ذلك في بحث بعنوان Experiments on the culture of isolated plant cells وعلى الرغم من فشل هذه المحاولات في الحصول على انقسام خلوي وزيادة عدد الخلايا بسبب التلوث، وعدم توفيقه في اختيار انسجة ملائمة لهذا الغرض إلا أنها كانت بمثابة بداية لتجارب أخرى ساهمت في تقدم زراعة الأنسجة. وكان من استنتاجاته الهامة في ذلك المضمار أن استعمال لبن جوز الهند ربما يساعد في نمو الأنسجة المفصولة عن النبات الأصلي، وبالفعل كان لهذه الملاحظة تأثير فعال في تطور زراعة الأنسجة بعد ذلك ومن الغريب أنه حتى الآن وبالرغم من التطور الكبير في طرق التعقيم وتركيب بيئات ذات محتوى مناسب للعديد من صور النمو والتكشف للكثير من النباتات فمازال من الصعب دفع الأنسجة التي استعملها Haberlandet في تجربته للنمو والتكشف. وكانت إشارته والتي لم تعتمد على تجارب مؤكدة إلى قدرة الخلية على تكوين نبات كامل تحت ظروف خاصة هي بداية علم زراعة الأنسجة.

وقد كان تفكيره سابقا عصره بما يقرب من قرن من الزمن حيث توقع في ذلك الوقت أنه لن يكون من الغريب الحصول على جنين من خلية جسدية! فقد ترجم Vasil (2008) قوله

 To my knowledge, no systematically organized attempts to culture vegetative cells from higher plants in simple nutrient solutions have been made. Yet the results of such culture experiments should give some interesting insight into the properties and potentialities which the cell as an elementary organism possesses ...I am not making too bold a prediction if I point to the possibility that, in this way, one should successfully cultivate artificial embryos from vegetative cells

ونجح Kotte في عام 1922 في عزل وزراعة القمة النامية لجذور الذرة، لكنه فشل في تقسيم وإعادة زراعة الجذور الناتجة، وهو ما نجح فيه Robbins في نفس العام، لكن ماتت المزرعة بعد ذلك. وقد اعاق وجود وسط غذائي مناسب لنمو الأجزاء والأعضاء النباتية المختلفة تطور زراعة الأنسجة لفترة طويلة حيث استعمل الكثير من الباحثين محلول Knop اعتقادا منهم أن حاجة الأنسجة المفصولة من العناصر الضرورية للنمو هي نفس حاجة النباتات في المزارع المائية. لكن بالطبع النباتات في المزارع المائية ذات قدرة على تخليق السكريات بعملية البناء الضوئي على العكس من النباتات في مزارع الأنابيب على الأقل في تلك الحقبة الأولى من زراع الأنسجة.

أمكن في عام 1938 زراعة الجذور المفصولة من بعض النباتات في بيئة معقمه بواسطة White وواكب ذلك النجاح وبعده بعام واحد إمكانية تحول الخلايا المتكشفة إلى خلايا غير متكشفة تعرف باسم الكالس callus على يد كلا من Gautheret و Nobccourt و White . ويعتبر Hannig من الرواد الأوائل في زراعة الأنسجة حيث نجح في فترة الخمسينيات من القرن العشرين في عزل أجنة غير ناضجة من بعض النباتات التابعة للعائلة الصليبية وزراعتها في وسط مغذى للحصول على نباتات كاملة. وتبع ذلك تقدماً سريعاً حيث أمكن زراعة الخلايا الفردية لبعض النباتات وكذلك عزل البروتوبلاست وزراعته والتهجين بين أنواع نباتية مختلفة كان من الصعب إجرائه بالطرق التقليدية المعروفة في تربية النبات. وكان جُل التقدم الحادث في علم زراعة الأنسجة راجعاً لاكتشاف منظمات النمو النباتية خاصة الأوكسينات والسيتوكينينات ودورهما في التحكم في نمو وانقسام وتكشف الخلايا. وتعد عملية نقل الجينات من مصادر متباينة نباتية أو غير نباتية إلى الخلايا النباتية بطرق مختلفة ثم دفع تلك الخلايا إلى تكوين نباتات تحمل الصفة الجديدة أو ما يعرف بالنباتات المحورة وراثياً من أحدث تطورات هذا العلم والتي انجزت في عام 1983 . ولم يستغرق الأمر زمنا طويل نسبيا لزراعة النباتات المحورة وراثياً والناتجة من مزارع الأنسجة بشكل تجارى، حيث يشير (2015) James إلى الزيادة المضطردة في زراعة النباتات المعدلة وراثياً حتى وصلت 180 مليون هكتار (1000 م2) في عام 2015 موزعة في 29 دولة.

ومنذ بداية الثمانينيات في القرن الماضي انتقل علم زراعة الأنسجة بوتيرة سريعة جداً من المجال الاكاديمي إلى المجال التطبيقي في الدول المتقدمة حيث تزايد عدد الشركات العاملة في هذا المجال والتي تنوعت بين مجرد إكثار النباتات إلى استخدامها في برامج التربية، وكذلك في إنتاج العقاقير الطبية معمليا . وقد قدر الإنتاج العالمي من الشتلات الناتجة بتقنية الزراعة في الأنابيب بحوالي 500 مليون إلى مليار نبات سنوياً وباستخدام ما يصل إلى 50 الف صنف نباتي (2005 ,Baran & Biswajit). ويوجد بالفعل في العديد من الدول العربية كمصر وسوريا والمملكة العربية السعودية بعض المؤسسات الحكومية والخاصة التي تعمل في مجال إكثار النباتات بتقنية زراعة الأنسجة لكن في عدد محدود من الأنواع النباتية أهمها الموز ونخيل البلح والفراولة وبعض نباتات الزينة.

يستعمل مصطلح tissue culture من الناحية الأكاديمية للدلالة على طرز متباينة من الزراعة المعملية أو ما يعرف بـ In vitro culture والتي تعنى حرفياً in a glass حيث أن الزراعة كانت تتم غالباً في أنابيب اختبار أو ما شابه ذلك وهو عكس In vivo الذي يعنى داخل الكائن الحى وفى الحقيقة فإن مصطلح tissue culture يعنى زراعة الكالس فقط أو ما يعرف بـ callus culture دون باقي أنواع مزارع الأنسجة (2008 ,George) . وعموماً لا تشتمل زراعة الأنسجة بالمعنى الشائع زراعة الأنسجة النباتية فقط لكن تعنى أيضاً زراعة أي جزء تم فصله من النبات ويسمى المُستأصل النباتي explant سواء كان خلية أو نسيج أو حتى عضو كامل.

ويجب الإشارة إلى أن الخلايا النباتية خاصة الميرستيمية وهي خلايا غير متميزة أو غير متكشفة non-differentiated لها القدرة على التشكيل أو التطور لتكوين نبات كامل على العكس من الخلايا الحيوانية. وربما تمتلك الخلايا المتميزة أو المتكشفة differeniated أي تلك التي لها شكل أو وظيفة فسيولوجية محددة القدرة على الأقل من الناحية النظرية على إعادة عملية التشكيل أو التطور مرة أخرى لكن بعد الارتداد إلى الحالة الميرستيمية طبقا لنظرية totipotancy. وقد يستعمل مصطلح micropropagation للدلالة على زراعة الأنسجة وإن كان يعني الإكثار الدقيق فقط حيث يتم التعامل مع نباتات أو أجزاء غاية في الدقة.