ماده مغذی کوچک، رمز و راز بزرگ: ژن کلیدی نشان می دهد که غلات چگونه نیکل را انتقال می دهند

ویرایش شده توسط Sadie Harley، بررسی توسط Robert Egan

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:

نیکل نقش فیزیولوژیکی مهمی در گیاهان ایفا می کند، اما نحوه انتقال آن در فواصل طولانی از ساقه و برگ به دانه ها برای بیش از 50 سال ضعیف بود. اکنون محققان یک ژن ناقل کلیدی به نام ZmNAET1 را شناسایی کرده اند که تجمع نیکل را در دانه های غلات کنترل می کند.

آنها همچنین کشف کردند که چگونه نیکوتیانامین (NA)، یک اسید آمینه غیر پروتئینی خاص گیاهی، واسطه انتقال نیکل در مسافت های طولانی است و نقش حیاتی فعالیت اوره آز وابسته به نیکل را در متابولیسم اسید آمینه، بنیه بذر و تشکیل عملکرد نشان می دهد.

این مطالعه که در Cell منتشر شد، توسط Chao Daiyin در مرکز تعالی علوم گیاهی مولکولی آکادمی علوم چین و با همکاری تیم Yan Jianbing در دانشگاه کشاورزی Huazhong رهبری شد.

در سال 1840، یوستوس فون لیبیگ، یکی از بنیانگذاران تغذیه گیاه، "قانون حداقل" را پیشنهاد کرد که بیان می کند رشد محصول توسط ماده غذایی در کوتاه ترین زمان تعیین می شود. بر اساس این اصل، عملکرد محصول نه تنها توسط عناصر درشت مغذی مانند نیتروژن، فسفر و پتاسیم، بلکه توسط عناصر ریزمغذی مانند نیکل نیز تعیین می شود.

در این مطالعه، محققان ZmNAET1 را از طریق یک مطالعه مرتبط با ژنوم با استفاده از داده‌های جمع‌آوری‌شده از 1404 ذرت در چندین سال و مکان شناسایی کردند.

آنها دریافتند که تنوع طبیعی در ناحیه تنظیمی ZmNAET1 بر محتوای نیکل دانه تأثیر می گذارد. عناصر با بیان ZmNAET1 بالاتر تقریبا 60٪ غلظت نیکل دانه بالاتری داشتند، که نشان می دهد که تنوع طبیعی در این مکان می تواند در اصلاح مورد استفاده قرار گیرد.

مطالعات مولکولی، بیولوژیکی و بیوشیمیایی سلولی بیشتر نشان داد که ZmNAET1 به عنوان یک جزء صادراتی مهم در مسیر انتقال نیکل عمل می‌کند. عمدتا در سلول‌های آبکش در گره‌های بنیادی و ساقه گوش، جایی که NA سنتز شده در این سلول‌ها را صادر می‌کند، موضعی می‌شود.

در خارج از سلول‌ها، NA به نیکل آزاد متصل می‌شود و کمپلکس‌های Ni-NA را تشکیل می‌دهد، که سپس توسط سایر ناقل‌ها به آبکش بازگردانده می‌شوند و به اندام‌های غرق‌کننده مانند دانه‌ها منتقل می‌شوند.

تجزیه و تحلیل ژنتیکی نشان داد که ZmNAET1 نه تنها محتوای نیکل دانه در ذرت، بلکه وزن بلال، اندازه دانه، محتوای نشاسته و سرعت جوانه‌زنی را پس از ذخیره‌سازی با تأثیر بر انتقال نیکل کنترل می‌کند. هنگامی که عملکرد ژن مختل شد، محتوای نیکل دانه به میزان قابل توجهی کاهش یافت که با کاهش وزن بلال، اندازه دانه، محتوای نشاسته و سرعت جوانه‌زنی پس از ذخیره‌سازی همراه بود. بذرهای جهش یافته به مدت هشت ماه تا یک سال کاهش قابل توجهی از میزان جوانه زنی نشان دادند.

مکمل نیکل جوانه زنی را ترمیم کرد، در حالی که مکمل روی این کار را نکرد. محلول پاشی نیکل در مزرعه همچنین ارتفاع گیاه و فعالیت اوره آز را احیا کرد که هر دو با اختلال در عملکرد ژن کاهش یافتند.

محققان همچنین دریافتند که اختلال در انتقال نیکل باعث کاهش فعالیت اوره آز در اندام‌های سینک مانند دانه‌ها، اختلال در استفاده از اوره و در نتیجه بر سنتز اسیدهای آمینه و متابولیسم انرژی می‌شود. این یافته ها نشان می دهد که انتقال نیکل متابولیسم نیتروژن را با تشکیل عملکرد و قدرت بذر پیوند می دهد.

محققان همچنین تحقیقات خود را با شناسایی دو ژن همولوگ OsNAET1 و OsNAET2 در برنج گسترش دادند. آنها دریافتند که این ژن ها تعیین کننده های کلیدی محتوای نیکل دانه هستند، که نشان می دهد این مکانیسم در محصولات غلات حفظ می شود.

در حالی که ژن‌های مرتبط در گیاه مدل Arabidopsis thaliana عمدتا حمل و نقل آهن، مس و کبالت را تنظیم می‌کنند، NAET1 در ذرت و برنج عمدتا بر توزیع نیکل و تا حدی روی روی تأثیر می‌گذارد. این یافته منعکس کننده تفاوت در استراتژی های حمل و نقل فلزات در فواصل طولانی بین چمن ها و گیاهان دولپه ای است.

علف‌ها مدت‌هاست که نیاز به نیکل پایینی دارند و به ندرت علائم کمبود نیکل را نشان می‌دهند. به گفته محققان، این مطالعه اولین مطالعه ای است که ژن های کنترل کننده انتقال نیکل از راه دور در علف ها را شناسایی می کند. این نشان می‌دهد که قبلا نقش ناشناخته NA را در میانجی‌گری تخصیص نیکل به اندام‌های سینک به‌عنوان بخشی از فرآیندی مستقل از مسیر شناخته‌شده اسید موگینئیک نشان می‌دهد.

این شکاف دیرینه در درک ما از انتقال نیکل از منبع به سینک را پر می کند و خواستار ارزیابی مجدد این دیدگاه متعارف است که علف ها به نیکل کمی نیاز دارند و به ندرت کمبود نیکل را تجربه می کنند.

به گفته محققان، این مطالعه همچنین راه های جدیدی را برای بهبود عملکرد محصول غلات و قدرت بذر از طریق مدیریت مواد مغذی و اصلاح مولکولی باز می کند.

حمل و نقل نیکل مبتنی بر نیکوتیانامین به اندام های سینک زیربنای بهره وری ذرت است، سلول (2026). DOI: 10.1016/j.cell.2026.10.035. www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(26)01285-7

کارشناسی علوم زیستی و اکولوژی. پیشینه آزمایشگاه میکروبیولوژی با تجربه اخبار دارویی در صنایع نفت، گاز و تجدیدپذیر. 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 →