دانستن اینکه چگونه گیاهان در زمان گرم شدن رشد می کنند می تواند به کاهش پاسخ آنها کمک کند

ویرایش شده توسط لیزا لاک، بررسی توسط اندرو زینین

این مقاله با توجه به روند و سیاست‌های ویرایشی Science X بررسی شده است. ویراستاران ضمن اطمینان از اعتبار محتوا، ویژگی های زیر را برجسته کرده اند:

هنگامی که آنها شروع به گرم شدن بیش از حد می کنند اما قبل از اینکه به طور خطرناکی گرم شوند، بیشتر گیاهان از یک کتاب بازی مشابه استفاده می کنند. آنها شکل خود را تغییر می دهند، مجموعه ای از سازگاری ها که شامل رشد ساقه ها و ساقه های بلندتر برای بهبود گردش هوا می شود.

واکنش های محافظتی در برابر گرمای استرس زا اما غیر کشنده، که ترمومورفوژنز نامیده می شود، به گیاهان کمک می کند تا شرایط چالش برانگیز را تحمل کنند، اما نقطه ضعف برای محصولات، عملکرد کمتر است. اگرچه این یک تعادل ظریف است، تنظیم زمانی که راهبردهای خنک کننده گیاه شروع می شود برای توسعه محصولاتی مفید است که در برابر آب و هوای گرم تر با حداقل از دست دادن تولید انعطاف پذیر هستند.

Hongqing "Michelle" Guo، استادیار ژنتیک، رشد و زیست شناسی سلولی در دانشگاه ایالتی آیووا گفت: "ما می خواهیم گیاهان بتوانند به گرما پاسخ دهند، اما به گونه ای که آنقدر پاسخگو نباشند که ضعیف شوند."

تحقیقات جدید به رهبری Guo می تواند به دانشمندان گیاهی کمک کند تا نقطه شیرینی را پیدا کنند که هم انعطاف پذیری و هم عملکرد را حفظ می کند. مطالعه اخیر در مجموعه مقالات آکادمی ملی علوم، مکانیسم مولکولی را برای تحریک پاسخ گرمای متوسط، گامی مهم در جهت تنظیم دقیق نحوه اولویت بندی گیاهان برای تولید و حفاظت، شناسایی کرد.

این مطالعه جدید بر اساس دهه‌ها تحقیق بر روی فیتوکروم B (phyB)، یک پروتئین گیاهی است که به عنوان یک دماسنج ترکیبی، حسگر نور و کلید بیولوژیکی عمل می‌کند. هنگامی که با جذب نور کافی در دماهای رشد مطلوب فعال می شود، phyB از طولانی شدن گیاهان جلوگیری می کند. هنگامی که یک محیط برای مدت طولانی خیلی گرم یا تاریک باشد، phyB به شکل غیرفعال شده محو می شود و ترمومورفوژنز شروع می شود.

آزمایشگاه Guo تا حد زیادی بر روی پروتئین گیاهی دیگری به نام Feronia که مدت ها مطالعه شده است، یک گیرنده اسب کار که غشای سلولی را می پوشاند، تمرکز دارد. فرونیا که هم در داخل و هم در خارج از سلول ها قرار دارد، به عنوان یک مرکز فرماندهی برای چگونگی واکنش گیاه به محیط خود عمل می کند و سیگنال هایی را شناسایی و رمزگشایی می کند که طیف وسیعی از فرآیندهای مربوط به سلامت و رشد گیاه را هدایت می کند.

گوئو با کار با Arabidopsis thaliana، یک گیاه گلدار که اغلب در تحقیقات ژنتیکی مورد استفاده قرار می‌گیرد، متوجه شد که نمونه‌های جهش‌یافته فاقد فرونیا در محیط‌هایی که به اندازه کافی گرم هستند، واکنش نشان نمی‌دهند تا ترمومورفوژنز را تحریک کنند. او گفت که این دلالت بر پیوند احتمالی با phyB دارد.

محققان در جستجوی نشانه‌های ارتباط، از مجموعه‌ای از روش‌های تحلیلی پیشرفته کل سیستم برای مقایسه آرابیدوپسیس طبیعی و عاری از فرونیا استفاده کردند. یکی از این روش‌ها، آنالیز فسفوپروتئومی بود که تمام مکان‌هایی را در یک نمونه فهرست‌بندی می‌کند که افزودن یک گروه فسفات می‌تواند عملکرد پروتئین را تغییر دهد - فرآیندی به نام فسفوریلاسیون که فعالیت‌های بیولوژیکی را روشن و خاموش می‌کند. Guo گفت که این مقایسه دو آمینو اسید phyB را به عنوان کلیدهای کنترلی احتمالی برای Feronia معرفی کرد.

برای بررسی، تیم تحقیقاتی از ویرایش ژنی برای ایجاد دو نوع آزمایشی آرابیدوپسیس استفاده کردند که آمینو اسیدهای مورد نظر phyB را جایگزین کردند. در نسخه "تهی"، آنها با یک اسید آمینه جایگزین شدند که نمی تواند یک گروه فسفات را بپذیرد و از تاثیر فرونیا روی phyB جلوگیری می کند. نسخه "مقلید" اساسا برعکس بود، با جایگزین هایی که اثر فسفریله شدن مداوم توسط فرونیا را تقلید می کرد.

نتایج با آنچه محققان انتظار داشتند مطابقت داشت. در دمای کمی بیش از 80 درجه فارنهایت (27 درجه سانتیگراد)، درست در خارج از منطقه راحتی آرابیدوپسیس، گیاهان تقلید بلندتر از انواع طبیعی رشد کردند در حالی که نسخه تهی بیشترین واکنش را داشت. گوئو گفت که این نشان می دهد که جلوگیری از تنظیم phyB توسط فرونیا باعث کاهش پاسخ آن به گرما می شود.

گوئو گفت، در حالی که ترمومورفوژنز احتمالا شامل بسیاری از محل‌های فسفوریلاسیون phyB می‌شود، دیدن تأثیر مسدود کردن تنها دو مورد از آنها نشان می‌دهد که مهار نقش فرونیا در این فرآیند می‌تواند ارزش توسعه محصول داشته باشد. هدف این است که از واکنش بیش از حد جلوگیری شود، نه همه واکنش ها - بیشتر از یک صفحه کلید تاریک تر از یک کلید نور.

او گفت: «استفاده از ویرایش دقیق ژنوم برای دستکاری این دو سایت، یا حتی یکی در یک زمان، می‌تواند به اندازه کافی بر phyB تأثیر بگذارد تا پاسخ را بدون تأثیر بر عملکرد مدیریت کند.»

شش همکار او شامل سه همکار ایالتی آیووا و سه نفر از دانشگاه کالیفرنیا، ریورساید بودند - از جمله منگ چن، فارغ التحصیل دکترای ایالت آیووا و استاد گیاه شناسی UC-Riverside که یک روز پس از انتشار مقاله به طور غیر منتظره درگذشت.

گوئو گفت: "ما واقعا دوست داریم یاد او را گرامی بداریم."

گام‌های بعدی برای تیم تحقیقاتی Guo می‌تواند شامل انجام آزمایشی مشابه در گیاهی باشد که به‌عنوان یک محصول کشت می‌شود و نقش تازه‌ای که فرونیا در سنجش حرارتی پیدا کرده است.

او گفت: «در حال حاضر در حال انجام تحقیقات زیادی در این زمینه هستیم و تلاش می کنیم بفهمیم آیا فرونیا می تواند به طور مستقل دما را حس کند یا خیر. و حتی اگر فرونیا خود یک سنسور حرارتی نباشد، ممکن است سنسورهای دیگری نیز وجود داشته باشد که آن را تنظیم می کند.

Ping Wang و همکاران، FERONIA امتداد آمینو پایانی فیتوکروم B را برای تعدیل پاسخ‌های نور و دمای گیاه، فسفریله می‌کند، مجموعه مقالات آکادمی ملی علوم (2026). DOI: 10.1073/pnas.2617902123

اطلاعات مجله: مجموعه مقالات آکادمی ملی علوم

لیسانس تاریخ هنر، کارشناسی ارشد فرهنگ مادی. سردبیر سابق موزه، پیراپزشک و هماهنگ کننده پیوند. ویرایش برای Science X از سال 2021. نمایه کامل →

فوق لیسانس فیزیک با تجربه تحقیق. علاقه مندان به اخبار علمی طولانی مدت. نقش کلیدی در موفقیت سرمقاله Science X ایفا می کند. نمایه کامل →