دانشمندان متوجه شده اند که گیاهان چگونه به نور واکنش نشان می دهند و می توانند این کلید ژنتیکی را برای تشویق رشد غذا تغییر دهند. این کشف می‌تواند به افزایش عرضه غذا برای جمعیت در حال گسترش با کاهش فرصت‌های کشاورزی کمک کند.
تحقیق روی این تغییر ژنتیکی، به رهبری UC Riverside، اکنون در مجله Nature Communications منتشر شده است.
تقریباً همه جنبه های رشد و نمو گیاه تحت تأثیر نور است. گیاهان قادرند نور و همچنین دما را با پروتئینی به نام فیتوکروم B حس کنند.این پروتئین اطلاعات نوری را به سلول منتقل می کند که بیان ژنوم ها را تغییر می دهد و رشد گیاه را تغییر می دهد. با این حال، فیتوکروم B نمی تواند به طور مستقیم با DNA گیاه تعامل داشته باشد. برای آن، سلول‌های گیاهی به خانواده‌ای متشکل از هشت پروتئین به نام PIF متکی هستند.
منگ چن، نویسنده اصلی مطالعه و پروفسور گیاه شناسی UCR، گفت: "فعالیت این PIF ها مستقیماً توسط فیتوکروم کنترل می شود." علاوه بر کنترل مقدار PIF هایی که در سلول های گیاهی انباشته می شوند، دانشمندان دریافته اند که وقتی فیتوکروم B توسط نور فعال می شود، فعالیت PIF ها را مهار می کند.
"PIFS مانند سرآشپزها در یک رستوران هستند. می توانید تعداد آنها را تنظیم کنید. مثلاً از نصف آن خلاص شوید و بهره وری رستوران را کاهش دهید." "در عوض، شما می‌توانید همه سرآشپزها را نگه دارید - در مورد ما PIFها - اما دست‌هایشان را ببندید. این کار می‌تواند کارشان را مانند خلاص شدن از شر نیمی از آنها کند کند. این چیزی است که ما می‌گوییم."
دانشمندان همچنین یکی دیگر از اجزای کلیدی پاسخ نوری گیاهان را پیدا کردند. PIF ها دو بخش دارند. بخشی که به ژن ها متصل می شود، و بخشی که ژن ها را فعال می کند، که به گیاه می گوید وظایف مختلفی مانند رشد یا گل دهی را انجام دهد. این مطالعه مکان دقیق این مناطق فعال کننده را پیدا کرد - اولین باری که این کار در سلول های گیاهی انجام شد.
برای یافتن این منطقه فعال سازی، تیم چن پروتئین را به قطعات کوچک زیادی خرد کردند. سپس، آنها بررسی کردند که آیا هر یک از قطعات قادر به فعال کردن ژن هستند یا خیر و دریافتند که یکی از آنها قادر به فعال کردن ژن است. برای جزئیات بیشتر، دانشمندان سپس اسیدهای آمینه موجود در PIF را تغییر دادند، جایی که آنها معتقد بودند منطقه فعال کننده در آن قرار دارد و نحوه واکنش گیاه را مشاهده کردند. این به آنها اجازه داد تا مطمئن شوند که ناحیه فعال کننده ژن در کجا قرار دارد و همچنین از نحوه ساخت آن مطمئن شوند.
چن گفت: "این رویکرد به ما امکان داد تا به طرز شگفت انگیزی شباهت های این بخش از PIF در گیاهان و پروتئین سرکوب کننده تومور در انسان را تشخیص دهیم."در واقع، چن گفت مکانیسم‌های اصلی فعال‌سازی ژن در سلول‌های گیاهی، مخمری و حیوانی شباهت‌های قابل‌توجهی با یکدیگر دارند.
چن گفت: "گیاهان، حیوانات و قارچ ها (مانند مخمر نانوایی) همه از یک اجداد مشترک تکامل یافته اند. "اطلاعات ژنتیکی موجود در DNA به RNA به پروتئین تبدیل می شود و این عملکرد اساسی از طریق این فعال کننده های ژن در سه قلمرو زندگی، قبل از جدا شدن گیاهان، حیوانات و قارچ ها حفظ می شود."
یکی از بزرگترین دلایل مطالعه این عملکردهای سلولی دستکاری آنهاست. در این مورد، این کشف می‌تواند به دانشمندان اجازه دهد تا ژن‌های مرتبط با نور و دما را روشن و خاموش کنند تا به نفع تولیدکنندگان محصولات باشد.
بخشی از استراتژی برای افزایش عملکرد محصول، رشد بیشتر گیاهان در هر هکتار زمین است. در حال حاضر، اگر محصولات را خیلی نزدیک به هم قرار دهید، گیاهان می توانند همسایگان رقیب را از طریق سایه خود "ببینند". سپس گیاهان انرژی بیشتری را برای رشد قد به سمت نور مصرف می کنند، اما نه لزوماً برای به حداکثر رساندن رشد برگ و تولید دانه.
متناوباً، اگر گیاهان بتوانند همسایگان خود را نادیده بگیرند و به جای قد بلندتر شدن، بر تولید برگ و دانه تمرکز کنند، تولیدکنندگان می توانند عملکرد را در همان سطح زیر کشت افزایش دهند.
"شما نمی خواهید فقط ساقه ها رشد کنند، بلکه محصول می خواهید." "برای این کار، گیاهان برای ایجاد برگ نیاز به انرژی دارند تا بتوانند فتوسنتز، فرآیند تولید غذا از نور خورشید را افزایش دهند. شما می خواهید قسمت مناسب گیاه رشد کند."
گروه چننشان دادند که با کاهش فعالیت پروتئین های PIF، آنها می توانند رشد ساقه را کاهش دهند. بنابراین این مطالعه راه دقیقی برای کوتاه‌تر کردن گیاهان کشف کرد تا دانه‌ها، میوه‌ها و بخش‌های خوراکی گیاه حتی در سایه رشد کنند.
چن گفت: "اکنون ما می دانیم که گیاهان چگونه ژن ها را در پاسخ به تغییرات نور و دما خاموش و روشن می کنند." "این اولین قدم برای کنترل واکنش آنها به نور و دما و تحمل بیشتر آنها در برابر محیط های مختلف و گاه چالش برانگیز در یک آب و هوای متغیر است."
