گیاهان: مبارزه با یخبندان و سرما با هورمون ها

گیاهان: مبارزه با یخبندان و سرما با هورمون ها
گیاهان: مبارزه با یخبندان و سرما با هورمون ها
Anonim

گیاهان نمی توانند به سادگی به محیطی بهتر نقل مکان کنند، زمانی که شرایط محیطی آنها دیگر مناسب نیست. در عوض، آنها مکانیسم های سازگاری مولکولی پیچیده ای را توسعه داده اند. دانشمندان دانشگاه فنی مونیخ (TUM) با همکاری مرکز هلمهولتز مونیخ و دانشگاه ناتینگهام توانسته اند نشان دهند که براسینو استروئیدها که تاکنون عمدتاً به عنوان هورمون رشد در نظر گرفته می شدند، مقاومت گیاهان را در برابر سرما افزایش می دهند.

پروفسور بریژیت پاپنبرگر، زیست شناس مولکولی گیاهی، می گوید: «استرس ناشی از سرما یک تأثیر محیطی است که تأثیر مستقیمی بر رشد و عملکرد گیاهان دارد.او با گروه تحقیقاتی خود در مؤسسه بیوتکنولوژی محصولات باغی در TUM، مکانیسم هایی را که توسط گیاهان برای سازگاری با تأثیرات خارجی استفاده می شود، بررسی می کند. فعالیت‌های تحقیقاتی او برای مدتی طولانی بر روی براسینواستروئیدها متمرکز شده است.

در کار قبلی، گروه او قبلاً از شاهی معمولی تال (Arabidopsis thaliana) به عنوان یک گیاه مدل استفاده می کردند تا دقیقاً نشان دهند که چگونه این هورمون گیاهی، که برای اولین بار در کلزا در سال 1979 شناسایی شد، باعث رشد گیاه می شود. در واقع، از مدت ها قبل شناخته شده بود که این هورمون در رشد گیاه نقش دارد. با این حال، مکانیسم دقیق عمل ناشناخته بود. این کار متخصصان بیوتکنولوژی در دانشکده علوم زیستی TUM در ویهن استفان بود که برای اولین بار درک دقیقی از این پدیده را ممکن کرد.

تصادفی نیست که تیم Brigitte Poppenbergers یک بار دیگر Arabidopsis را برای مطالعه فعلی انتخاب کرد. به دلیل ماهیت نسبتاً غیرمجاز، ساختار ساده و اندازه جمع و جور آن، به طور کلی در میان ژنتیک دانان مورد علاقه نیست - این گیاه ریز همچنین شرایط بهینه ای را برای جستجوی مکانیسم های محافظت از سرما در گیاهان فراهم می کند، زیرا قادر به زنده ماندن است. دماهای پایین و با سازگاری با سرما تحمل آن را در برابر یخبندان افزایش می دهد.در شماره فعلی مجله تخصصی Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS)، دانشمندان جنبه ناشناخته براسینوستروئیدها را که تاکنون به عنوان هورمون های رشد شناخته می شدند، توصیف می کنند.

برای به دست آوردن درک دقیقی از مکانیسم آنها، محققان آزمایشاتی را انجام دادند که در آن گیاهان آرابیدوپسیس را در معرض کاهش تدریجی دما قرار دادند. آزمایش‌ها با گونه‌های وحشی در آزمایشگاه نشان داد که با کاهش دما، گیاه با شروع به تغییر بیان ژن‌هایی که DNA به RNA درون سلول‌هایش رونویسی می‌شود، واکنش نشان می‌دهد. پوپنبرگر با تشریح مکانیسم حفاظتی طبیعی گیاهان عادی توضیح می‌دهد: «این رشد آن را کاهش می‌دهد که شانس بقای آن را افزایش می‌دهد.»

یک مسیر مولکولی به سمت "چربی زمستانی"

محققان با آزمایشات خود در مورد گیاهان مدل اصلاح شده ژنتیکی که دیگر قادر به سنتز براسینوستروئیدها یا تشخیص آنها به عنوان سیگنال نیستند، به نتایج متفاوتی دست یافتند.در حالی که گونه‌های وحشی اغلب هنوز در دمای شش درجه زیر صفر زنده می‌مانند، اکثر جهش‌یافته‌ها قبلاً نشانه‌های واضحی از آسیب را در این مرحله نشان می‌دهند، که نشان‌دهنده نقش اساسی هورمون‌های استروئیدی در این فرآیند است. با تجزیه و تحلیل فرآیند، محققان دریافتند که براسینوستروئیدها با تنظیم پروتئینی به نام CESTA، مقاومت در برابر سرما را افزایش می دهند. این پروتئین از یک آبشار سیگنال برای کنترل بیان ژن استفاده می کند. به این ترتیب، به نوبه خود بر ترکیب پروتئین سلول‌ها تأثیر می‌گذارد که از جمله به نظر می‌رسد که منجر به تغییر در ترکیب اسیدهای چرب می‌شود. این تضمین می‌کند که گیاه در سطح مولکولی نوعی «چربی زمستانی» را ذخیره می‌کند و در نتیجه از آسیب احتمالی سرما محافظت می‌کند.

استروئیدهای اسپری برای گیاهان

این یافته‌های دقیق در مورد ترتیب و نوع فرآیندهای شیمیایی برای تأثیرات هورمون‌های استروئیدی در گیاهان نه تنها گام مهمی برای تحقیقات اساسی در مورد استراتژی‌های سازگاری گیاهان است.مهمتر از آن، به گفته محققان، آنها همچنین ممکن است راه حل هایی را برای مشکلاتی که در نتیجه تغییرات آب و هوایی در کشاورزی رخ داده است، ارائه دهند. اگرچه مردم معمولاً گرم شدن کره زمین را تنها با افزایش وقوع دوره های گرم مرتبط می دانند، اما باعث افزایش تعداد رویدادهای یخبندان مانند یخبندان زودرس و دیررس می شود که می تواند منجر به کمبود ویرانگر برداشت شود. بریژیت پاپنبرگر می‌گوید: «روش مرسوم پرورش گیاهان مقاوم‌تر تاکنون موفقیت‌آمیز نبوده است، زیرا جداسازی مقاومت در برابر سرما و کاهش رشد دشوار است. اما او متقاعد شده است که "کشف ما مبنی بر اینکه براسینوستروئیدها هم رشد و هم مقاومت در برابر سرما را تقویت می کنند، فرصت های جدیدی را برای نشان دادن هر دو ویژگی در گیاهان ایجاد می کند." او ادعا می کند که برای دستیابی به هر دو اثر، می توان گیاهان زراعی را با براسینوستروئیدها اسپری کرد. "این ممکن است یک روش قابل اجرا باشد - حداقل، این چیزی است که یافته ها نشان می دهد."

موضوع محبوب