دانشمندان ایمنی گیاه را برای تقویت واکنش دفاعی طبیعی آن افزایش می دهند

ویرایش شده توسط گابی کلارک، بررسی توسط رابرت ایگان

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

دانشمندان دانشگاه فناوری نانیانگ، سنگاپور (NTU سنگاپور) راهی برای "سوپرشارژ کردن" پاسخ ایمنی طبیعی گیاه ابداع کرده اند.

آزمایش‌های آزمایشگاهی روی Arabidopsis thaliana، یک گیاه مدل از همان خانواده Brassicaceae به‌عنوان سبزیجات معمولی مانند چیه سیم و کای لان انجام شد.

گیاهانی که با سیستم ایمنی پیشرفته مهندسی شده اند، بر اساس تعداد باکتری های اندازه گیری شده در سنجش عفونت پاتوژن، حدود 53 درصد رشد باکتری کمتری نسبت به گیاهان شاهد بدون افزایش داشتند. محققان همچنین دریافتند که پاسخ ایمنی قوی تر بر رشد طبیعی گیاه تأثیری ندارد.

این مطالعه که در Science Advances منتشر شده است، از مهندسی پروتئین مصنوعی برای اصلاح گیرنده های ایمنی و تقویت توانایی گیاهان برای مبارزه با میکروب های بیماری زا استفاده می کند.

محققان درخواست های ثبت اختراع را در مورد دو فناوری مورد استفاده در این تحقیق از طریق NTUitive، شرکت نوآوری و سازمانی دانشگاه، ثبت کرده اند.

تیم تحقیقاتی NTU معتقد است که رویکرد آن می‌تواند منجر به تولید دانه‌ها و محصولات گیاهی مقاوم‌تر در برابر بیماری شود. محققان همچنین در حال کار بر روی روش‌هایی برای اعمال همین اصل در محصولات غذایی هستند که در حال رشد هستند، از جمله محرک‌های طراح که می‌توانند مستقیما روی گیاهان برای بهبود پاسخ ایمنی آنها به بیماری‌ها اعمال شوند.

مقاومت به بیماری به ویژه در مزارع سرپوشیده و عمودی، که در آن تعداد زیادی از محصولات مشابه اغلب نزدیک به هم رشد می کنند، مهم است. اگر یک پاتوژن عامل بیماری وارد چنین مزرعه ای شود، می تواند به سرعت از طریق محصول پخش شود.

گیاهان روی سطح سلول های خود گیرنده هایی دارند که مانند نگهبانان در برج مراقبت عمل می کنند و نشانه هایی از باکتری های بالقوه مضر و سایر میکروب ها را تشخیص می دهند.

محققان NTU در آزمایش‌های آزمایشگاهی خود دریافتند که گروه‌بندی این گیرنده‌ها در کنار هم به تعداد مناسب می‌تواند گیاه را در حالت آماده‌باش بالاتری قرار دهد و آن را قادر می‌سازد مهاجم را به طور مؤثرتری شناسایی کند و پاسخ ایمنی قوی‌تری را ایجاد کند.

اما بیشتر همیشه بهتر نبود. بسته بندی بیش از حد گیرنده ها با هم یک پاسخ اولیه قوی ایجاد کرد اما در تجدید طبیعی آنها اختلال ایجاد کرد و دفاع طولانی مدت گیاه را تضعیف کرد.

Miao Yansong، پروفسور دانشکده علوم زیستی NTU که این مطالعه را رهبری کرد، گفت: "روش ما شبیه به قرار دادن نگهبانان بیشتر در یک برج مراقبت است. داشتن تعداد مناسب، تشخیص یک مزاحم و پاسخ سریع را آسان تر می کند، اما تعداد بیش از حد آنها می تواند مانع ایجاد شود. تیم یک آرایش بهینه پیدا کرد که بدون تأثیر بر روی پاسخ طبیعی سیستم ایمنی گیاه را تقویت و حفظ می کند."

محققان یک گیرنده ایمنی به نام حسگر فلاژلین 2 یا FLS2 را مورد مطالعه قرار دادند که فلاژلین، پروتئین مرتبط با بسیاری از باکتری ها را شناسایی می کند.

آنها با استفاده از تصویربرداری تک مولکولی و مهندسی پروتئین، گروه بندی های مختلف FLS2 و گیرنده های شریک آن را آزمایش کردند.

آنها دریافتند که آرایش دو گیرنده FLS2 و دو گیرنده شریک پاسخ بهینه را ایجاد می کند. این سیگنال‌های ایمنی را تقویت می‌کرد و در عین حال اجازه می‌داد گیرنده‌ها پس از انجام نقش خود به طور معمول حذف و جایگزین شوند.

بدون سیم‌کشی مجدد سیستم دفاعی گیاه، این نظارت اولیه بهبودیافته به دفاع‌های ایمنی موجود این گیاه اجازه داد تا به طور مؤثرتری پاسخ دهند.

آزمایش ها با استفاده از Arabidopsis thaliana انجام شد که به عنوان یک گیاه مدل استاندارد برای مطالعه زیست شناسی گیاهی در نظر گرفته می شود زیرا ژنتیک و فرآیندهای سلولی آن به خوبی درک شده است.

بسیاری از اکتشافات اساسی با استفاده از آرابیدوپسیس به دانشمندان کمک کرده است تا فرآیندهای بیولوژیکی مشابهی را در محصولات غذایی کشف کنند.

همان اصل مهندسی گیرنده می‌تواند به طور بالقوه برای سبزیجات برگ‌دار که معمولا در سراسر جهان خورده می‌شوند، از جمله کلم چینی، چیه سیم، کای لان و کلم پیچ تطبیق داده شود.

با این حال، تحقیقات بیشتری مورد نیاز است. گیرنده های ایمنی و ترتیبات بهینه باید برای هر محصول شناسایی، مهندسی و آزمایش شوند تا این رویکرد بتواند به صورت تجاری مورد استفاده قرار گیرد.

محققان NTU اکنون بر روی سبزیجات برگدار و سایر محصولات با ارزش بالا که برای کشاورزی داخلی مناسب هستند تمرکز کرده اند.

Miao درخواست های ثبت اختراع را شامل دو فناوری مورد استفاده در این تحقیق ثبت کرده است.

روش اول یک روش مهندسی پروتئین مصنوعی است که به دانشمندان اجازه می‌دهد نحوه گروه‌بندی گیرنده‌ها روی سطح سلول‌های گیاهی را کنترل کنند و آرایشی را شناسایی کنند که پاسخ ایمنی قوی‌تر و پایدارتری ایجاد می‌کند.

مورد دوم، یک پلت فرم تصویربرداری و تجزیه و تحلیل سلول زنده است که به دانشمندان امکان می دهد تعداد گیرنده های منفرد را روی سطح یک سلول گیاهی زنده اندازه گیری کنند.

این فناوری‌ها با هم به محققان اجازه می‌دهند تا نحوه عملکرد حسگرهای ایمنی را تعیین کنند و تعیین کنند که چگونه می‌توانند برای عملکرد بهتر مهندسی شوند.

در حالی که این مطالعه از اصلاح ژنتیکی برای معرفی آرایش گیرنده تقویت‌شده به گیاه استفاده می‌کند، تیم اکنون روی رویکردهای جایگزین، مانند افزودنی‌ای کار می‌کند که کشاورزان می‌توانند مستقیما روی محصولات موجود برای بهبود پاسخ ایمنی خود اعمال کنند.

میائو افزود: «اکنون که می‌دانیم چگونه می‌توان این گیرنده‌های ایمنی را به‌طور دقیق گروه‌بندی کرد تا پاسخ قوی‌تری ایجاد کند، و فناوری پیدا کردن پیکربندی بهینه را در اختیار داریم، راه‌های مختلفی وجود دارد که می‌توان از این دانش استفاده کرد.

"یک مسیر از طریق انواع محصولات و بذرهای بهبود یافته است. این تیم همچنین روی روش هایی کار می کند که در نهایت می تواند مستقیما برای محصولاتی که در حال رشد هستند اعمال شود."

این تیم به دنبال افزایش مقیاس و تطبیق فناوری برای محصولات غذایی مناسب برای کشاورزی داخلی است و آزمایش می کند که آیا ایمنی تقویت شده در برابر پاتوژن های مختلف تحت شرایط رشد در مقیاس بزرگتر موثر است یا خیر.

Zhiming Ma و همکاران، الیگومر گیرنده FLS2 مصنوعی، ایمنی ذاتی گیاه را تقویت می کند، Science Advances (2026). DOI: 10.1126/sciadv.aeg6872. www.science.org/doi/10.1126/sciadv.aeg6872

کارشناسی ارشد زبان انگلیسی، ویرایشگر کپی از سال 2021 با تجربه در آموزش عالی و محتوای بهداشتی. تقدیم به اخبار معتبر علمی. نمایه کامل →

لیسانس زیست شناسی ریاضی، کارشناسی ارشد در نوشتن خلاق. خوش سفر با دیدگاه های منحصر به فرد در علم و زبان. نمایه کامل →