قارچ ها مکانیسم های دفاعی صنوبر را با شکر خنثی می کنند

ویرایش شده توسط Swati Mestri، 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:

یک تیم تحقیقاتی در موسسه ماکس پلانک برای بوم شناسی شیمیایی یک استراتژی ناشناخته را کشف کردند که توسط آن قارچ های خاصی ترکیبات دفاعی صنوبر را خنثی می کنند. این قارچ‌ها توسط سوسک‌های پوستی وارد درختان می‌شوند و موفقیت آن‌ها باعث می‌شود سوسک‌های پوستی راحت‌تر به درختان حمله کنند.

محققان نشان دادند که بسیاری از این قارچ‌های معرفی‌شده می‌توانند دفاع شیمیایی درختان را متابولیزه کرده و به سرعت از طریق پوست پخش شوند. دو مورد از آنها می توانند محصولات تخریب اولیه را با اتصال مولکول قند ریبوز به آنها غیرفعال کنند. این ترکیبات دفاعی تبدیل شده بی ضرر و پایدار هستند و نمی توان آنها را با جدا کردن ریبوز به مواد اولیه و سمی تر تبدیل کرد.

قارچی که با اتصال ریبوز در خنثی کردن ترکیبات دفاعی صنوبر مؤثر بود، به ویژه در پوست درخت صنوبر رشد کرد. این یافته‌ها می‌تواند منجر به روش‌های جدیدی برای مبارزه با هجوم سوسک‌های پوستی در جنگل‌های اروپا شود، مانند تغییر انتخابی جوامع میکروبی در درختان.

درختان صنوبر دفاع شیمیایی بسیار موثری در برابر گیاهخواران و پاتوژن ها دارند. آبکش، بافت پوست زنده ای که مسئول انتقال مواد مغذی تولید شده در سوزن ها به ریشه است، از جمله بافت های گیاهی است که از نظر شیمیایی به بهترین شکل محافظت می شود. آبکش مستقیما زیر پوست محافظ قرار دارد و چوب را احاطه کرده است. بافت آبکش حاوی مواد شیمیایی محافظ، به ویژه ترکیبات فنلی است که می تواند تا 5 درصد از وزن خشک پوست را تشکیل دهد.

با این وجود، قارچ‌های متعدد - از پاتوژن‌ها گرفته تا همزیست‌های سوسک‌های پوستی - با موفقیت این بافت محافظت‌شده را مستعمره می‌کنند.

رو سان، سرپرست تیم تحقیق، می‌گوید: «ما می‌خواستیم ترفندهای بیوشیمیایی را که این قارچ‌ها برای غلبه بر چنین محیط شیمیایی متخاصم استفاده می‌کنند، درک کنیم، به‌ویژه از آنجایی که برخی از این قارچ‌ها ممکن است در هجوم سوسک‌های پوستی که جنگل‌های اروپا را نابود می‌کنند، نقش داشته باشند.»

تیم تحقیقاتی متابولیسم قارچ های مختلف را با استفاده از تکنیک های زیست شناسی مولکولی و آنالیزهای شیمیایی بررسی کردند. آنها محصولات متابولیکی قارچ های رشد یافته روی پوست درخت صنوبر یا محیط های کشت مصنوعی را تجزیه و تحلیل کردند. در این فرآیند، آن‌ها دریافتند که برخی از قارچ‌ها ترکیبات جدید و قبلا ناشناخته‌ای تولید می‌کنند، اما تنها زمانی که در معرض مواد شیمیایی موجود در صنوبر قرار می‌گیرند.

دانشمندان مقادیر زیادی از این قارچ ها را کشت، ترکیبات را جداسازی کردند و از روش های با دقت بالا مانند طیف سنجی تشدید مغناطیسی هسته ای (NMR) برای تعیین ساختار دقیق آنها استفاده کردند. از طریق این فرآیند، دانشمندان نشان دادند که در حالی که برخی از قارچ ها ترکیبات دفاعی سمی صنوبر را تجزیه می کنند، محصولات حاصل سمی باقی می مانند.

تنها دو گونه از قارچ ها با چسباندن ریبوز، یک قند ساده با پنج اتم کربن، به این محصولات تخریب، قدمی فراتر می گذارند. این فرآیند که به عنوان ریبوسیلاسیون شناخته می شود، سمیت را کاهش می دهد و از فعال شدن مجدد مواد سمی توسط متابولیسم ارگانیسم دیگر جلوگیری می کند. قارچی که قوی ترین توانایی ریبوسیلاسیون را از خود نشان داد در پوست درخت صنوبر بهترین رشد را داشت. این نشان می دهد که این توانایی یک مزیت حیاتی برای بقا برای قارچ فراهم می کند.

یکی از چالش‌های اصلی شناسایی مؤلفه قند مولکول به‌عنوان ریبوز و نه گلوکز یا قند دیگری بود. داده‌های تحلیلی نشان داد که یک پنتوز یا قندی با پنج اتم کربن متصل است. با این حال، بر اساس داده‌ها، ما نمی‌توانیم بین ریبوز، زایلوز و آرابینوز تمایز قائل شویم، زیرا همه آنها دارای وزن مغناطیسی مجدد یکسان هستند. بائویو هو، یکی از نویسندگان این مؤسسه، گفت که ما توانستیم وجود ریبوز و پیکربندی دقیق آن را تأیید کنیم.

در ریبوزیلاسیون، مولکول قند ریبوز به مولکول های خاصی در داخل سلول متصل می شود. این تغییر کوچک می تواند اثرات قابل توجهی بر فرآیندهایی مانند ارتباط سلول به سلول، ترمیم DNA و تنظیم متابولیک داشته باشد. در مقایسه با سایر تغییرات قند، مانند گلوکوزیلاسیون، ریبوزیلاسیون کمتر رایج است و کمتر مورد مطالعه قرار گرفته است.

یوکو ناکامورا، یکی از همکاران تحقیقاتی در بخش بیوسنتز محصولات طبیعی که تجزیه و تحلیل NM را انجام می دهد، توضیح می دهد: "ما گمان می کنیم که تاکنون نادیده گرفته شده است، زیرا اکثر محققان تصور می کردند که سم زدایی شامل اتصال گلوکز است. شناسایی ریبوز به تجزیه و تحلیل های شیمیایی از جمله NMR نیاز دارد تا آن را از گلوکز متمایز کند."

همه قارچ ها نمی توانند ترکیبات دفاعی حاوی ریبوز را خنثی کنند. دانشمندان 12 گونه قارچی مرتبط با سوسک های پوستی را بررسی کردند، از جمله برخی از آنها که توسط سوسک ها منتقل نمی شوند. تنها دو گونه، Coprinellus radians و Cylindrobasidium ipidophilum، این توانایی را نشان دادند. این ممکن است به این دلیل باشد که ریبوزیلاسیون به مقدار زیادی انرژی نیاز دارد. قارچ باید ریبوز را برای سم زدایی "قربانی" کند، که می تواند مانع رشد آن شود. به همین دلیل است که این استراتژی تنها در تعداد کمی از گونه‌های قارچی یافت می‌شود که در آن‌ها بسیار مؤثر است.

مدت‌هاست که محققان با یکی از دو قارچ ریبوسیله‌کننده، Cylindrobasidium ipidophilum، که در تونل‌های سوسک‌های پوستی یافت می‌شود، آشنا بوده‌اند. با این حال، نقش این همزیست تا کنون نامشخص باقی مانده است. این مطالعه نه تنها توانایی آن را در خنثی کردن مکانیسم های دفاعی صنوبر بلکه مکانیسم های زیربنایی پشت این سم زدایی را نشان می دهد. با خنثی کردن مواد دفاعی صنوبر، باعث رشد سایر قارچ های مرتبط با سوسک های پوست می شود.

جاناتان گرشنزون، مدیر دپارتمان بیوشیمی، می‌گوید: «اگر این قارچ‌ها بخش‌های مختلف سیستم دفاعی صنوبر را بشکنند، می‌توانند در مجموع کنسرسیومی تشکیل دهند که بر مکانیسم‌های دفاعی صنوبر غلبه کند، بنابراین کلید استعمار موفق سوسک‌های پوست را در دست دارد.»

در مطالعات آتی، محققان قصد دارند آنزیم مسئول ریبوسیلاسیون را شناسایی کنند و تعیین کنند که آیا این توانایی در سایر گونه های قارچی وجود دارد یا خیر. آنها همچنین می‌خواهند تعیین کنند که آیا ریبوزیلاسیون بر ترکیب میکروبیوم یا کل میکروارگانیسم‌ها در تونل‌های تغذیه پوست سوسک‌ها و در نتیجه بر آمادگی سوسک‌ها تأثیر می‌گذارد یا خیر.

این یافته ها می تواند به بخش جنگلداری کمک کند تا استراتژی های جدیدی برای کنترل هجوم سوسک های پوست ایجاد کند. یک رویکرد ممکن ایجاد تغییرات خاص در جوامع میکروبی در درختان صنوبر است.

Shivani Kiran Nimbkar و همکاران، قارچ های مرتبط با صنوبر نروژ و سوسک های پوست آن، ترکیبات دفاعی صنوبر را با ترکیب به α-ریبوز سم زدایی می کنند، مجله ISME (2026). DOI: 10.1093/ismejo/wrag230

سواتی مستری دارای مدرک لیسانس در مهندسی الکترونیک است و از سال 2019 به عنوان ویرایشگر محتوا کار کرده است. او ویرایش اسناد تحقیقاتی در زمینه فناوری، مراقبت های بهداشتی و علم مواد را تجربه کرده است و علاقه خاصی به فناوری و فضا دارد. 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 →