در دو مقاله، زیست شناسان اوترخت و همکاران بین المللی فرآیندهایی را که توسط گیاهان برای سازگاری با گرما استفاده می شود، توصیف می کنند. این اکتشافات بینش هایی را در مورد نحوه عملکرد بهینه گیاهان در دماهای بالا غیربهینه ارائه می دهد. همچنین میتواند پلهای برای کنترل رشد گیاهان و مقاومتر کردن آنها در برابر گرمایش جهانی باشد. محققان نتایج خود را در مجله گیاهی و ارتباطات طبیعت منتشر کردند.
خرس های قطبی در صحرا
با این حال بسیاری از گونه های گیاهی راه هایی را برای مقابله با دماهای بالاتر توسعه داده اند. مارتین ون زانتن، محققی که به دانشگاه اوترخت وابسته است و در هر دو نشریه مشارکت داشته، میگوید: «برخلاف حیوانات، بسیاری از گیاهان میتوانند شکل بدن خود را در پاسخ به گرما و سایر عوامل محیطی تطبیق دهند. «حیوانات داستان کاملاً متفاوتی هستند. به زبان ساده، اگر یک خرس قطبی را در بیابان قرار دهید، باز هم شبیه یک خرس قطبی با کت خز ضخیم خواهد بود. اما اگر گیاه در شرایط گرم تری رشد کند، شکل بدن خود را مطابق با آن تطبیق می دهد. به این ترتیب، گیاه سعی می کند تحت این شرایط کمتر مساعد عملکرد بهینه داشته باشد.
از فرم گیاه فشرده تا باز
بسیاری از گونههای گیاهی میتوانند شکل ساقه و برگهای خود را برای مقاومت بیشتر در برابر دمای بالا تطبیق دهند. این امر در مورد شاهی تال (Arabidopsis thaliana) نیز صادق است که توسط بسیاری از زیست شناسان گیاهی به عنوان مدل گیاهی مورد علاقه آنها در نظر گرفته می شود. در شرایط سرد این گیاهان فشرده هستند و برگهایشان نزدیک به زمین است. وقتی دما بالا می رود، حالت بازتری به خود می گیرند. به عنوان مثال، برگ ها صاف تر می شوند. این امر تابش مستقیم خورشید را تا حد زیادی کاهش می دهد. علاوه بر این، ساقههای برگ کشیده میشوند و به باد بیشتری اجازه عبور از برگها را میدهند و گرما را از بین میبرند.
کشش مطلوب و ناخواسته
با این حال در محصولات و گلهای (بریده شده)، این نوع کشش اغلب ناخواسته است. پرورش دهندگان می خواهند این تغییرات را کنترل کنند زیرا کشش می تواند کیفیت محصول را مختل کند. اما در عین حال، سازگاری لازم است تا محصولات زراعی در برابر دمای بالاتر ناشی از تغییرات آب و هوایی مقاومتر شوند. ون زانتن میگوید که این برای حفظ تولید در بلندمدت لازم است.
مقاوم کردن گیاهان به آب و هوا
ون زانتن میگوید: «بسیاری از محصولات زراعی توانایی واکنش خوب به دماهای بالاتر را از دست دادهاند. "در محصولات مختلف، در طول فرآیند اهلیسازی و پرورش ناپدید شد، زیرا پرورش دهندگان عمدتاً روی سایر صفات تمرکز داشتند."
ون زانتن می گوید با توجه به تغییرات آب و هوایی که باعث افزایش دما می شود، نیاز فزاینده ای برای مقاوم سازی گیاهان در برابر آب و هوا وجود دارد. این مستلزم آگاهی از چگونگی مقابله گیاهان با دماهای بالاتر است. چگونه سیگنال های دمایی را که دریافت می کنند به سازگاری با رشد تبدیل می کنند؟ تحقیق در مورد مکانیسمهای مولکولی که بوسیله آن گیاهان با دمای کمتر از حد بهینه سازگار میشوند، ابزارهایی را برای تنظیم معماری محصولات از طریق پرورش امکان میدهد.
مکانیسم مولکولی وضعیت گرما را روشن می کند
به نظر می رسد گیاهان شاهی تال که دیگر خود را با دماهای بالاتر سازگار نمی کنند، زمانی که در معرض مواد شیمیایی خاص قرار می گیرند، می توانند این توانایی را دوباره به دست آورند. این توسط یک تیم تحقیقاتی بین المللی به رهبری ون زانتن کشف شد. این تیم تعداد زیادی از مواد را روی یک جهش یافته شاهی تال که دیگر با دماهای بالا سازگار نیست، آزمایش کردند. آنها مولکولی پیدا کردند که می تواند سازگاری با دمای بالا را در گیاهان جوان، حتی در دماهای پایین، «روشن» کند.
محققان این ترکیب را "هاتین" می نامند. آنها با اصلاح شیمیایی مولکول و سپس مطالعه اینکه کدام پروتئین ها می توانند به حرارت متصل شوند، گروهی از پروتئین ها به نام نیتریلازها را پیدا کردند. شناخته شده است که زیرگروه شناسایی شده فقط در کلم ها و گونه های مرتبط از جمله شاهی تال وجود دارد.
زیست شناسان به همراه یک شرکت پرورش نباتات دریافتند که در واقع گونه های کلم به گرم شدن واکنش نشان می دهند. آنها همچنین دریافتند که نیتریلازها برای سازگاری با دمای بالا مورد نیاز هستند، احتمالاً به این دلیل که تولید هورمون رشد شناخته شده اکسین را امکان پذیر می کنند. محققان این کشف را در مجله گیاهی منتشر کردند.
مسیر جدید برای سازگاری با دمای بالا
انتشار نتایج Heatin همزمان با انتشار دیگری است، امروز در Nature Communications. این تحقیق توسط دانشمندان مؤسسه VIB در بلژیک انجام شد و ون زانتن نیز در آن شرکت داشت. این تیم پروتئینی را کشف کردند که قبلاً توصیف نشده بود که نحوه سازگاری گیاهان را با محیط گرمتر تنظیم می کند. پروتئین MAP4K4/TOT3 نامگذاری شد که TOT به معنای هدف دما است.
قابل توجه است که فرآیند مبتنی بر TOT3 تا حد زیادی مستقل از سایر مسیرهای سیگنالی است که زیست شناسان تاکنون به سازگاری با گرما در گیاهان مرتبط کرده اند. علاوه بر این، به نظر نمی رسد سازگاری های TOT3 به مقدار و ترکیب نوری که به گیاه می تابد بستگی داشته باشد.
Van Zanten: «همپوشانی زیادی در مکانیسمهای مولکولی وجود دارد که بوسیله آن گیاهان رشد را با تغییر ترکیب نور و دمای بالا سازگار میکنند. با TOT3، ما اکنون عاملی در دست داریم که با آن میتوانیم رشد را در دمای بالا کنترل کنیم، بدون اینکه در نحوه برخورد گیاه با نور دخالتی داشته باشیم.
برنامه های کاربردی گسترده
ون زانتن میگوید: «چیزی که آن را جالبتر میکند این است که TOT3 نقش مشابهی در سازگاری رشد تحت دمای بالا در هر دو شاهی تال و گندم دارد. این دو گونه از نظر ژنتیکی کاملاً از یکدیگر جدا هستند. بنابراین پتانسیل زیادی برای کاربردهای گسترده ارائه می دهد.
جایگزینی برای مهارکننده های رشد
در نهایت، اکتشافات TOT3 و نقش نیتریلازها می تواند به ادامه رشد محصولات کافی کمک کند، حتی زمانی که دما به دلیل تغییرات آب و هوایی افزایش می یابد. این اکتشافات همچنین فرصت هایی را برای ایجاد جایگزین هایی برای مواد شیمیایی که اکنون اغلب برای مهار رشد گیاهان استفاده می شوند، ارائه می دهد. به عنوان مثال، Van Zanten از گل های شاخه بریده نام می برد که به شدت به نوسانات دما پاسخ می دهند. بنابراین در گلکاری از بسیاری از بازدارنده های رشد برای زیبا و فشرده نگه داشتن گیاهان استفاده می شود.
ون زانتن میگوید: «مثلاً لحظهای که لالهها را میخرید، آنها هنوز ساقه کوتاهی دارند. اما پس از چند روز در خانه شما، آنها شروع به آویزان شدن روی لبه گلدان می کنند. دمای بالاتر در داخل خانه باعث کشیده شدن گیاهان می شود و در نهایت منجر به سست شدن و خم شدن آنها می شود. ما امیدواریم که دانش جدید به انتخاب گونههای گل جدید کمک کند که در دمای بالا کمتر کشیده میشوند. به این ترتیب میتوانیم استفاده از مهارکنندههای مضر رشد را کاهش دهیم.»
برای کسب اطلاعات بیشتر:
دانشگاه اوترخت
www.uu.nl