برخی از گیاهان می توانند ماه ها بدون آب زنده بمانند، اما پس از یک بارندگی کوتاه دوباره سبز می شوند. یک مطالعه اخیر توسط دانشگاه های بن و میشیگان نشان می دهد که این به دلیل یک "ژن معجزه آسا" نیست. در عوض، این توانایی نتیجه یک شبکه کامل از ژن ها است که تقریباً همه آنها در گونه های آسیب پذیرتر نیز وجود دارند. نتایج قبلاً به صورت آنلاین ظاهر شده است مجله گیاهی.
در مطالعه خود، محققان نگاهی دقیق به گونهای داشتند که مدتهاست در دانشگاه بن مورد مطالعه قرار گرفته است - گیاه رستاخیز Craterostigma plantagineum. این نام کاملاً درست است: در زمان خشکسالی، ممکن است فکر کنید مرده است. اما حتی پس از ماهها خشکسالی، کمی آب برای احیای آن کافی است. پروفسور دکتر Dorothea Bartels از مؤسسه فیزیولوژی مولکولی و بیوتکنولوژی گیاهان (IMBIO) در دانشگاه بن توضیح می دهد: «در مؤسسه ما، ما سال هاست در حال مطالعه نحوه انجام این کار توسط گیاه بوده ایم.
علایق او شامل ژن که مسئول تحمل به خشکی هستند. به طور فزاینده ای مشخص شد که این توانایی نتیجه یک "ژن معجزه گر" نیست. در عوض، ژنهای زیادی درگیر هستند، که بیشتر آنها در گونههایی یافت میشوند که به خوبی با خشکسالی کنار نمیآیند.
این گیاه دارای هشت نسخه از هر کروموزوم است
در مطالعه حاضر، تیم بارتل به همراه محققان دانشگاه میشیگان (ایالات متحده)، ژنوم کامل Craterostigma plantagineum را تجزیه و تحلیل کردند. و این کاملاً پیچیده است: در حالی که اکثر حیوانات دو نسخه از هر کروموزوم دارند - یکی از مادر، یکی از پدر - کراتروستیگما دارای هشت کروموزوم است. به چنین ژنوم "هشت برابری" اکتوپلوئید نیز گفته می شود. در مقابل ما انسان ها دیپلوئید هستیم.
"چنین ضربی از اطلاعات ژنتیکی را می توان در بسیاری مشاهده کرد گیاهان که تحت تکامل یافته اند شرایط شدیدبارتلز می گوید. اما چرا اینطور است؟ یک دلیل احتمالی: اگر یک ژن به جای دو نسخه در هشت نسخه وجود داشته باشد، در اصل می توان آن را چهار برابر سریعتر خواند. بنابراین، یک ژنوم اکتوپلوئید می تواند مقادیر زیادی از پروتئین مورد نیاز را به سرعت تولید کند. به نظر می رسد که این توانایی برای توسعه نیز مهم باشد تحمل به خشکی.
در Craterostigma، برخی از ژن های مرتبط با تحمل بیشتر به خشکی حتی بیشتر تکرار می شوند. اینها عبارتند از به اصطلاح ELIP - مخفف "پروتئین های القای اولیه با نور" است، زیرا آنها به سرعت توسط نور روشن می شوند و در برابر استرس اکسیداتیو محافظت می کنند. آنها در تعداد زیادی کپی در همه گونه های مقاوم به خشکی وجود دارند.
بارتلز توضیح میدهد: «کراتروستیگما نزدیک به 200 ژن ELIP دارد که تقریباً یکسان هستند و در خوشههای بزرگی از ده یا بیست نسخه روی کروموزومهای مختلف قرار دارند». بنابراین احتمالاً گیاهان مقاوم به خشکی می توانند از شبکه گسترده ای از ژن ها استفاده کنند که در صورت خشکسالی می توانند به سرعت آن ها را تنظیم کنند.
گونههای حساس به خشکی معمولاً ژنهای یکسانی دارند - البته در تعداد نسخههای کمتر. این نیز تعجب آور نیست: دانه ها و گرده های بیشتر گیاهان اغلب پس از دوره های طولانی بدون آب هنوز هم قادر به جوانه زدن هستند. بنابراین برنامه ژنتیکی نیز برای محافظت در برابر خشکسالی دارند. این گیاه شناس توضیح می دهد: "با این حال، این برنامه معمولاً در زمان جوانه زنی خاموش می شود و پس از آن نمی توان دوباره فعال کرد." برعکس، در گیاهان رستاخیز فعال باقی می ماند.
اکثر گونه ها می توانند تحمل خشکی را انجام دهند
بنابراین، تحمل به خشکی کاری است که اکثریت قریب به اتفاق گیاهان «می توانند انجام دهند». ژن هایی که این توانایی را اعطا می کنند احتمالاً خیلی زود در سیر تکامل ظاهر شده اند. با این حال، این شبکه ها در گونه های مقاوم به خشکی کارآمدتر هستند و علاوه بر این، تنها در مراحل خاصی از چرخه زندگی فعال نیستند.
گفته میشود، هر سلول در Craterostigma plantagineum نیز «برنامه خشکسالی» یکسانی ندارد. این را محققان دانشگاه دوسلدورف که در این مطالعه نیز شرکت داشتند نشان دادند. به عنوان مثال، ژن های مختلف شبکه خشکسالی در ریشه ها در طول خشک شدن نسبت به برگ ها فعال هستند. این یافته غیرمنتظره نیست: به عنوان مثال، برگ ها باید از خود در برابر اثرات مخرب خورشید محافظت کنند. به عنوان مثال، ELIP در این امر به آنها کمک می کند. با رطوبت کافی، گیاه رنگدانه های فتوسنتزی را تشکیل می دهد که حداقل تا حدی تابش را جذب می کند. این حفاظت طبیعی تا حد زیادی در طول خشکسالی با شکست مواجه می شود. در مقابل، ریشه ها نباید نگران آفتاب سوختگی باشند.
این مطالعه درک چرایی برخی را بهبود می بخشد گونه ها خیلی کم از خشکسالی رنج می برند بنابراین در درازمدت میتواند به پرورش محصولاتی مانند گندم یا ذرت کمک کند که بهتر با آن مقابله میکنند. خشکی. در زمان تغییرات آب و هوایی، اینها احتمالاً در آینده بیشتر از هر زمان دیگری تقاضا خواهند داشت.