اكتشاف هرمون يساعد على منع النباتات من الجفاف
اكتشف باحثون في مركز RIKEN لعلوم الموارد المستدامة في اليابان هرمونًا صغيرًا يساعد النباتات على الاحتفاظ بالماء عند عدم توفره في التربة. نشرت هذه الدراسة في دورية Nature في أبريل 2018، وتبين كيف أن الببتيد CLE25 ينتقل من الجذور إلى الأوراق عندما تكون المياه شحيحة ويساعد على منع فقدان الماء عن طريق إغلاق المسام على سطح الورقة.
في الحيوانات، تعتبر هرمونات الببتيد هي سلاسل صغيرة من الأحماض الأمينية التي تنتقل عبر الدم وتساعد في الحفاظ على توازن الجسم عندما تتغير البيئة. على سبيل المثال، عندما ينخفض ضغط دم الإنسان، ينتج الجسم هرمون فاسوبريسين vasopressin، الذي ينتقل في الدم ويعمل على تضييق الشرايين مما يزيد من ضغط الدم إلى المستويات الطبيعية.
النباتات أيضا لها هرمونات تسمى بالهرمونات النباتية phytohormones ولكن العلماء يعرفون القليل عنها. أراد علماء النبات في مركز RIKEN معرفة ما إذا كانت الهرمونات النباتية تستجيب للإجهاد الغير حيوي abiotic. يشرح الباحث الرئيسى لهذه الدراسة فومينورى تاكاهاشي :-"على الرغم من أننا نعلم أن بعض هرمونات الببتيد في النباتات تدخل في نمو الخلايا ، إلا أنه حتى الآن لم يكتشف أي شخص تنظيم الاستجابات للإجهادات الغير حيوية مثل الجفاف".
بدأ الفريق بالبحث عن ببتيدات CLE التي يتم تخليقها في الجذور وكذلك حمض الأبسيسيك ABA (وهو هرمون معروف أنه يتراكم في الأوراق ويساعد على إغلاق المسام استجابةً للجفاف). إضافة العديد من الببتيدات CLE لجذور النبات أظهر أن ببتيد CLE25 فقط أدى إلى زيادة حمض الأبسيسيك في الأوراق وإغلاق المسام. قرر الفريق أن العلاقة بين هذين الحدثين كانت الزيادة في إنزيم ضروري لتخليق الأبسيسيك . بالإضافة إلى هذا الوضع المصطنع، أظهروا أن مستويات CLE25 تزداد في جذور النباتات التي تتعرض إلى إجهاد الجفاف مما يؤدي إلى نفس النتائج. كان السؤال التالي ما إذا كان CLE25 ينتقل من خلال نظام الانتقال الخلوى فى النبات.
يعد اكتشاف هرمونات الببتيد الوظيفية أمرًا صعبًا جدًا في الخلايا الحية نظرًا لأن كمياتها صغيرة جدًا. يقول تاكاهاشي: "لقد حللنا هذه المشكلة ، باستخدام نظام مطياف الكتلة الحساس للغاية، وتطوير نظام فحص يمكنه التعرف على الببتيدات المتنقلة التي تتحرك من الجذر إلى الأفرع". باستخدام هذه التقنية، تمكن الباحثون من وضع علامة على جزيئات ببتيد CLE25 وتصوير حركتها من الجذور إلى الأوراق ، مما يشير إلى أنه بالفعل هرمونًا متحركًا ومن المحتمل أن تفاعل مع جزيئات أخرى في الأوراق لإنتاج الأبسيسيك.
قبل التحقق من كيفية قيام البيبتيد CLE25 بتحفيز تخليق حمض الأبسيسيك ABA بمجرد وصوله إلى الورقة، أنشأ الفريق نباتات مطفرة تفتقر إلى CLE25 أو الأبسيسيك وأجرت العديد من تجارب التحكم التي أكدت النتائج التي توصلوا إليها. على وجه الخصوص، بعد ثلاث ساعات فقط من الجفاف أظهرت النباتات التي لا تحتوي على CLE25 بالفعل كانت أقل 7 مرات فى محتواها من الأبسيسيك وفقدت كمية أكبر من المياه مقارنة بنباتات التحكم. وأخيراً فحص الفريق العديد من الطفرات واكتشفوا أن مستقبلات BAM1 / BAM3 في الورقة هي الرابط بين إنتاج ببتيد CLE25 و حمض الأبسيسيك.
والآن بعد أن اكتشفوا هرمون ببتيد CLE25 وحددوا كيف يساعد النباتات على الاحتفاظ بالمياه، فإن الفريق واثق من أن هذه هي البداية فقط. كما يصرح تاكاهاشي:- "أبحاثنا لها تطبيقات في العالم الحقيقي ويجب أن تسهم في تطوير المحاصيل المقاومة للأجواء اللاأحيائية التي تستفيد من نظام الببتيد المتنقل في النباتات".
بالفعل لدى المجموعة في مركز IKEN خططهم الخاصة في هذا الاتجاه. ويقول تاكاهاشي: "أولاً ، نحن نعمل على ببتيدات معدلة أكثر فعالية لمقاومة الإجهاد من تلك الطبيعية. والثاني، أننا نعمل على ابتكار طرق لخلط الببتيدات في الأسمدة لتعزيز مقاومة الجفاف بالمحاصيل الحقلية".
المصدر: إضغط هنا