في منشورين ، وصف علماء الأحياء في أوتريخت وزملاؤهم الدوليون العمليات التي تستخدمها النباتات للتكيف مع الدفء. توفر الاكتشافات نظرة ثاقبة حول كيفية عمل النباتات على النحو الأمثل في ظل درجات حرارة عالية دون المستوى الأمثل. كما يمكن أن يوفر نقطة انطلاق نحو التحكم في نمو النباتات وجعلها أكثر مقاومة للاحتباس الحراري. نشر الباحثون نتائجهم في مجلة The Plant Journal و Nature Communications.
دببة قطبية في الصحراء
ومع ذلك ، فقد طورت العديد من الأنواع النباتية طرقًا للتعامل مع درجات الحرارة المرتفعة. يقول الباحث مارتين فان زانتن Martijn van Zanten ، المنتسب إلى جامعة أوتريخت وساهم في كلا المنشورين: "على عكس الحيوانات ، يمكن للعديد من النباتات تكييف شكل أجسامها استجابةً للدفء والعوامل البيئية الأخرى". "الحيوانات قصة مختلفة تمامًا. ببساطة ، إذا وضعت دبًا قطبيًا في الصحراء ، فسيظل يشبه الدب القطبي بغطاء فرو سميك. ولكن إذا نما النبات في ظروف أكثر دفئًا ، فسوف يتكيف شكل جسمه وفقًا لذلك. بهذه الطريقة ، يحاول المصنع العمل على النحو الأمثل في ظل هذه الظروف غير المواتية ".
من شكل النبات المضغوط إلى شكل مفتوح
يمكن للعديد من أنواع النباتات أن تتكيف مع شكل سيقانها وأوراقها لجعلها أكثر مقاومة لدرجات الحرارة المرتفعة. وينطبق هذا أيضًا على نبات الرشاد (Arabidopsis thaliana) ، الذي يعتبره العديد من علماء الأحياء النباتية نموذج النبات المفضل لديهم. في الظروف الباردة ، تكون هذه النباتات مضغوطة ولها أوراق قريبة من الأرض. عندما ترتفع درجات الحرارة ، يتخذون وضعية أكثر انفتاحًا. الأوراق ، على سبيل المثال ، تصبح أكثر استقامة. هذا يقلل بشكل كبير من الإشعاع المباشر من الشمس. بالإضافة إلى ذلك ، ستتمدد سيقان الأوراق ، مما يسمح لمزيد من الرياح بتمرير الأوراق وتبديد الحرارة.
التمدد المرغوب وغير المرغوب فيه
لكن في المحاصيل والزهور (المقطوعة) ، غالبًا ما يكون هذا النوع من التمدد غير مرغوب فيه. يريد المزارعون التحكم في هذه التغييرات لأن التمدد يمكن أن يعيق جودة المنتج. ولكن في الوقت نفسه ، فإن التكيف ضروري لجعل المحاصيل أكثر مقاومة لدرجات الحرارة المرتفعة الناتجة عن تغير المناخ. يقول فان زانتن: "هذا ضروري للحفاظ على الإنتاج على المدى الطويل".
جعل النباتات أكثر تحملاً للمناخ
يقول فان زانتن: "فقدت العديد من المحاصيل المزروعة القدرة على الاستجابة بشكل جيد لدرجات الحرارة المرتفعة". "في مختلف المحاصيل ، اختفى خلال عملية التدجين والتكاثر لأن المربين ركزوا بشكل أساسي على سمات أخرى."
مع تغير المناخ الذي يؤدي إلى ارتفاع درجات الحرارة ، يقول فان زانتن إن هناك حاجة متزايدة لجعل النباتات أكثر تحملاً للمناخ. وهذا يتطلب معرفة كيفية تعامل النباتات مع درجات الحرارة المرتفعة. كيف يقومون بتحويل إشارات درجة الحرارة التي يتلقونها إلى تكيفات مع النمو؟ إن البحث في الآليات الجزيئية التي تتكيف بها النباتات مع درجة الحرارة دون المثلى ، يسمح للأدوات بتعديل بنية المحاصيل من خلال التكاثر ".
الآلية الجزيئية تقوم بتبديل وضعية الحرارة
يمكن لنباتات حب الرشاد التي لم تعد تتكيف مع درجات الحرارة المرتفعة أن تستعيد تلك القدرة عند تعرضها لمواد كيميائية معينة. اكتشف ذلك فريق بحث دولي بقيادة فان زانتن. اختبر الفريق عددًا كبيرًا من المواد على طفرة حب الرشاد التي لم تعد تتكيف مع درجات الحرارة المرتفعة. وجدوا جزيئًا يمكنه "تشغيل" التكيف مع درجات الحرارة المرتفعة في النباتات الصغيرة ، حتى في درجات الحرارة المنخفضة.
يطلق الباحثون على هذا المركب اسم "هيتين". من خلال تعديل الجزيء كيميائيًا ثم دراسة البروتينات التي يمكن أن ترتبط بالتسخين ، وجدوا مجموعة من البروتينات تسمى nitrilases. من المعروف أن المجموعة الفرعية المحددة تحدث فقط في الملفوف والأنواع ذات الصلة ، بما في ذلك الرشاد.
اكتشف علماء الأحياء ، جنبًا إلى جنب مع شركة لتربية النباتات ، أن أنواع الكرنب بالفعل تستجيب للتدفئة. اكتشفوا أيضًا أن إنزيمات النيتريل ضرورية للتكيف مع درجات الحرارة المرتفعة ، ربما لأنها تمكن من إنتاج هرمون النمو المعروف أكسين. نشر الباحثون هذا الاكتشاف في مجلة بلانت جورنال.
مسار جديد للتكيف مع درجات الحرارة العالية
يتزامن نشر نتائج هيتين مع منشور آخر ، اليوم في Nature Communications. قاد هذا البحث علماء في معهد VIB في بلجيكا ، مع مشاركة Van Zanten أيضًا. اكتشف الفريق بروتينًا غير موصوف سابقًا ينظم طريقة تكيف النباتات مع البيئة الأكثر دفئًا. تم تسمية البروتين بـ MAP4K4 / TOT3 ، مع TOT يعني الهدف من درجة الحرارة.
من اللافت للنظر أن العملية التي يحركها TOT3 مستقلة إلى حد كبير عن جميع مسارات الإشارات الأخرى التي ربطها علماء الأحياء حتى الآن بالتكيف مع الدفء في النباتات. بالإضافة إلى ذلك ، لا يبدو أن تكيفات TOT3 تعتمد على كمية وتركيب الضوء الذي يضيء على النبات.
Van Zanten: هناك قدر كبير من التداخل في الآليات الجزيئية التي من خلالها تكيف النباتات النمو مع تغير تركيبة الضوء ودرجات الحرارة المرتفعة. مع TOT3 ، لدينا الآن عامل في متناول اليد يمكننا من خلاله التحكم في النمو في ظل درجات حرارة عالية ، دون التدخل في الطريقة التي يتعامل بها المصنع مع الضوء. "
تطبيقات واسعة
يقول Van Zanten ، "ما يجعل الأمر أكثر إثارة للاهتمام هو أن TOT3 يلعب دورًا مشابهًا في التكيف مع النمو تحت درجات الحرارة المرتفعة في كل من حب الرشاد والقمح. هذان النوعان منفصلان تمامًا وراثيًا عن بعضهما البعض. وهذا يوفر إمكانات كبيرة لتطبيقات واسعة النطاق. "
بديل لمثبطات النمو
في النهاية ، يمكن أن تساعد اكتشافات TOT3 ودور النتريلاز في مواصلة زراعة محاصيل كافية ، حتى عندما ترتفع درجات الحرارة بسبب تغير المناخ. توفر الاكتشافات أيضًا فرصًا لتطوير بدائل للمواد الكيميائية التي غالبًا ما تستخدم الآن لمنع نمو النبات. على سبيل المثال ، يذكر فان زانتن الزهور المقطوفة ، والتي تستجيب بشدة لتقلبات درجات الحرارة. لذلك ، في زراعة الأزهار ، يتم استخدام العديد من مثبطات النمو للحفاظ على النباتات لطيفة ومضغوطة.
يقول Van Zanten: "في اللحظة التي تشتري فيها زهور التوليب ، على سبيل المثال ، لا يزال لديها جذع قصير لطيف". "ولكن بعد أيام قليلة في منزلك ، بدأت تتدلى من حافة المزهرية. تؤدي درجات الحرارة الداخلية المرتفعة إلى تمدد النباتات ، مما يؤدي في النهاية إلى تعرجها والانحناء. نأمل أن تساهم المعرفة الجديدة في اختيار أنواع جديدة من الزهور التي تمتد بدرجة أقل في درجات الحرارة المرتفعة. وبهذه الطريقة ، يمكننا تقليل استخدام مثبطات النمو الضارة ".
لمزيد من المعلومات:
جامعة اوتريخت
www.uu.nl