كيف تعيد النباتات برمجة نفسها لمحاربة البرد.. اكتشاف بروتين يساعد النبات للتكيف مع درجات الحرارة المنخفضة
تمكن الباحثون من تطوير أصناف نباتية قادرة على النمو ومواجهة التقلبات في درجات الحرارة
يتغير العالم، ويتغير المناخ أيضًا، فالانخفاض المفاجئ في درجات الحرارة، والصقيع غير المتوقع، وأنماط الطقس المتغيرة تشكل تحديات للأنظمة البيئية بعدة طرق.
بالنسبة للنباتات، تكون هذه التغيرات قاسية بشكل خاص. فعلى عكس الحيوانات، لا تستطيع النباتات الهجرة أو البحث عن مأوى أو توليد حرارة الجسم في الطقس البارد، وبدلاً من ذلك، تعتمد على التكيفات الداخلية للبقاء على قيد الحياة .
استكشفت فارفارا ديكايا من جامعة أوميا هذا التحدي في بحثها للدكتوراه. درست بروتينًا يلعب دورًا رئيسيًا في تكيف النبات مع درجات الحرارة المنخفضة.
وتكشف النتائج أن هذا البروتين يشارك في مسارات إشارات متعددة، مما يمكّن النباتات من البقاء على قيد الحياة في ظل ظروف قاسية.
استراتيجيات الاستجابة للبرد عند النباتات
على عكس الحيوانات، لا تستطيع النباتات البحث عن الدفء أو الهجرة. ويعتمد بقاؤها على آليات داخلية تتكيف مع التحولات في درجات الحرارة.
ركزت الأبحاث السابقة على جزيئات مثل الأحماض الأمينية والسكريات، التي تساعد في منع التجمد، كما درس العلماء آليات الاستجابة لدرجة الحرارة الأساسية، لكن العديد من المكونات الحيوية ظلت غير معروفة.
يكشف بحث ديكايا عن قطعة مفقودة من هذا اللغز – ربط الحمض النووي الريبي، تحدد هذه العملية البروتينات التي يتم إنتاجها في الخلايا النباتية، مما يؤثر بشكل مباشر على استراتيجيات الاستجابة للبرد.
“يعمل الوصل كمركز مركزي يتحكم في تدفق المعلومات من الحمض النووي إلى الحمض النووي الريبي، مما يحدد البروتينات التي يتم تصنيعها من جين معين”، أوضحت ديكايا، وهي طالبة دكتوراه في قسم فسيولوجيا النبات في جامعة أوميا بالسويد ومركز علوم النبات في أوميا.
ركزت أبحاثها على بروتين PORCUPINE، وهو بروتين تم اكتشافه عندما لاحظ العلماء أن النباتات التي تحتوي على طفرة في هذا الجين أصبحت حساسة بشكل غير عادي للبرد، وقد استوحت اسمها من أطراف البراعم الشائكة التي تحتوي عليها الطفرة.
تأثير انخفاض درجات الحرارة
لاحظ الفريق، “يبدو الطفرة PORCUPINE طبيعية في ظل ظروف درجة الحرارة المحيطة ولكنها لا تستطيع النمو بشكل صحيح في حالة انخفاض درجة الحرارة حتى لو كان بسيطًا، بالفعل عند 16 درجة، تنمو الطفرة بجذور أقصر مع زيادة كثافة شعر الجذر ووردات أصغر بكثير من المعتاد. هذا أمر خاص جدًا”.
يكشف عمل ديكايا، أن درجات الحرارة الباردة تؤدي إلى زيادة في الحمض النووي الريبوزي PORCUPINE في الخلايا، وهذا يشير إلى أن النبات ينتج المزيد من هذا البروتين للتعامل مع الإجهاد.
ومع ذلك، فإن البروتين PORCUPINE ليس مجرد مستجيب سلبي. فهو يشارك بنشاط في الوصلة الجزيئية، وهي مجمع يعالج الحمض النووي الريبي قبل أن يتحول إلى بروتينات.
لاعب رئيسي في معالجة الحمض النووي الريبي
لا يعد نبات القنفذ مجرد مستجيب للبرد؛ بل إنه مشارك فعال في معالجة الحمض النووي الريبي.
هذا البروتين هو جزء من الوصلة الجزيئية، وهي آلة جزيئية معقدة تعمل على تعديل الحمض النووي الريبي قبل ترجمته إلى بروتينات. وبدون الوصلة الجزيئية الصحيحة، لا تستطيع النباتات إنتاج البروتينات التي تحتاجها للبقاء.
ومن خلال دراسة دور PORCUPINE في الوصل الجيني، اكتشفت ديكايا وفريقها أن هذا البروتين يؤثر على مسارات جينية متعددة.
تتحكم بعض هذه المسارات في كيفية استشعار النباتات لتغيرات درجات الحرارة الباردة وردود أفعالها تجاهها. وتنظم مسارات أخرى أنماط النمو التي تحدد ما إذا كان النبات قادرًا على تحمل الضغوط.
شبكة من الاستجابات الباردة
حددت ديكايا وزملاؤها العديد من الجينات التي يتحكم فيها PORCUPINE، والتي تؤثر جميعها على كيفية استجابة النباتات لتغيرات درجات الحرارة. ويسلط بحثها الضوء على مدى تعقيد هذه الاستجابات، والتي تنطوي على مسارات متعددة متداخلة.
وأشار ديكايا إلى أن “نتائجنا تظهر مدى تعقيد الاستجابة للبرد في النباتات. ومن المهم فهم كافة الجوانب وتحديد الآليات الأساسية التي يمكن تطبيقها في وقت لاحق بطريقة عملية”، “إن مثل هذه المعرفة ستكون ضرورية لإنشاء نباتات أكثر مرونة وقادرة على تحمل التحديات البيئية في المستقبل، على الرغم من أن الطريق لا يزال طويلاً.”
عملها يوفر فهمًا أعمق لكيفية تكيف النباتات مع درجات الحرارة المتقلبة. وقد تمهد هذه المعرفة الطريق أمام محاصيل يمكنها تحمل عدم اليقين المناخي في المستقبل بشكل أفضل.
إعادة تشكيل الزراعة والمساعدة في ضمان الأمن الغذائي
تحديات تغير المناخ لن تختفي، كما أن الحاجة إلى المحاصيل القادرة على الصمود لن تختفي أيضًا.
إذا تمكن الباحثون من الاستفادة من المعرفة المكتسبة من دراسات مثل دراسة ديكايا، فقد يتمكنون من تطوير أصناف نباتية قادرة على النمو على الرغم من التقلبات في درجات الحرارة.
ورغم أن هناك الكثير مما يتعين علينا أن نتعلمه، فإن هذا البحث يقربنا خطوة واحدة من فهم الآليات المعقدة التي تسمح للنباتات بالبقاء، وفي السنوات المقبلة، قد تؤدي اكتشافات مثل هذه إلى إعادة تشكيل الزراعة والمساعدة في ضمان الأمن الغذائي في عالم متغير.
