چگونه گیاهان خود را برای مقابله با سرما بازآرایی می‌کنند

1

دنیا در حال تغییر است و آب‌وهوا نیز همراه با آن دگرگون می‌شود. افت ناگهانی دما، یخبندان‌های غیرمنتظره و تغییرات الگوهای جوی، اکوسیستم‌ها را به روش‌های گوناگونی تحت فشار قرار می‌دهند.

برای گیاهان، این تغییرات به‌ویژه سخت و چالش‌برانگیز است. برخلاف حیوانات، آن‌ها نمی‌توانند مهاجرت کنند، به دنبال سرپناه بگردند یا در هوای سرد حرارت بدن تولید کنند. در عوض، گیاهان برای بقا به سازگاری‌های درونی خود متکی هستند.

واروارا دیکایا از دانشگاه اومئو این چالش را در تحقیقات دکترای خود بررسی کرده است. او پروتئینی را مورد مطالعه قرار داد که نقش کلیدی در سازگاری گیاهان با دماهای پایین دارد.

نتایج این پژوهش نشان می‌دهد که این پروتئین در مسیرهای سیگنال‌دهی متعددی شرکت دارد و به گیاهان کمک می‌کند تا شرایط سخت را تاب بیاورند.

استراتژی‌های پاسخ‌دهی گیاهان به سرما

برخلاف حیوانات، گیاهان قادر به حرکت به سمت محیط‌های گرم‌تر نیستند. بقای آن‌ها به مکانیزم‌های درونی وابسته است که با تغییرات دما سازگار می‌شوند.

تحقیقات گذشته روی مولکول‌هایی مانند اسیدهای آمینه و قندها متمرکز بود که به جلوگیری از یخ‌زدگی کمک می‌کنند. دانشمندان همچنین مکانیسم‌های اصلی پاسخ به دما را مطالعه کرده‌اند، اما بسیاری از اجزای حیاتی این فرآیند همچنان ناشناخته باقی مانده‌اند.

پژوهش دیکایا یکی از قطعات گمشده این پازل را آشکار می‌کند: برش RNA. این فرآیند تعیین می‌کند که کدام پروتئین‌ها در سلول‌های گیاهی تولید شوند و به‌طور مستقیم بر استراتژی‌های پاسخ‌دهی به سرما تأثیر می‌گذارد.

نقش فرآیند برش RNA

دیکایا دراین‌باره توضیح می‌دهد:

“برش RNA مانند یک مرکز کنترل عمل می‌کند که جریان اطلاعات را از DNA به RNA هدایت می‌کند و تعیین می‌کند که از یک ژن خاص، چه پروتئین‌هایی ساخته شوند.”

تحقیقات او روی پروتئینی به نام PORCUPINE متمرکز بود که دانشمندان هنگام بررسی گیاهانی با جهش در این ژن کشف کردند. این گیاهان حساسیت غیرعادی به سرما داشتند. نام این جهش از ظاهر نوک‌های تیز ساقه‌های گیاه گرفته شده است.

تأثیر افت دما بر گیاهان

“جهش‌یافته PORCUPINE در دماهای معمولی به‌طور عادی رشد می‌کند، اما حتی با یک افت دمایی جزئی قادر به توسعه مناسب نیست. در دمای ۱۶ درجه سانتی‌گراد، ریشه‌های این جهش‌یافته کوتاه‌تر شده، تراکم موهای ریشه افزایش می‌یابد و رزت‌های آن بسیار کوچک‌تر از حد معمول هستند. این ویژگی‌ها کاملاً خاص و منحصر‌به‌فرد هستند.”

تحقیقات دیکایا نشان می‌دهد که کاهش دما باعث افزایش سطح PORCUPINE RNA در سلول‌های گیاهی می‌شود. این یافته نشان می‌دهد که گیاهان با تولید بیشتر این پروتئین به استرس سرما واکنش نشان می‌دهند.

بااین‌حال، PORCUPINE فقط یک پاسخ‌دهنده منفعل نیست؛ بلکه به‌طور فعال در اسپلایسوزوم (مجموعه‌ای از مولکول‌ها که RNA را قبل از تبدیل به پروتئین پردازش می‌کند) مشارکت دارد.

نقش کلیدی در پردازش RNA

PORCUPINE نه‌تنها به سرما واکنش نشان می‌دهد، بلکه یک عضو فعال در پردازش RNA نیز محسوب می‌شود.

این پروتئین بخشی از اسپلایسوزوم است که RNA را قبل از ترجمه به پروتئین‌ها اصلاح می‌کند. بدون برش RNA صحیح، گیاهان قادر به تولید پروتئین‌های مورد نیاز خود برای بقا نخواهند بود.

مطالعه نقش PORCUPINE در اسپلایسوزوم نشان داد که این پروتئین بر مسیرهای ژنتیکی متعددی تأثیر می‌گذارد.

برخی از این مسیرها بر نحوه درک و واکنش گیاه به تغییرات دمایی نظارت دارند، درحالی‌که برخی دیگر الگوهای رشد را تنظیم می‌کنند و تعیین می‌کنند که آیا یک گیاه قادر به تحمل استرس خواهد بود یا خیر.

شبکه‌ای از پاسخ‌های سرما

دیکایا و همکارانش چندین ژن را شناسایی کردند که تحت کنترل PORCUPINE قرار دارند و همگی بر نحوه پاسخ‌دهی گیاه به تغییرات دما تأثیر می‌گذارند.

“یافته‌های ما پیچیدگی واکنش گیاهان به سرما را نشان می‌دهد. برای درک کامل این مکانیسم‌ها و شناسایی روش‌هایی که بعداً به‌طور عملی قابل‌استفاده باشند، نیاز به بررسی همه‌جانبه داریم.”

او ادامه می‌دهد:

“چنین دانشی برای ایجاد گیاهانی که بتوانند در برابر چالش‌های محیطی مقاومت کنند ضروری خواهد بود. هرچند هنوز راه درازی در پیش داریم.”

پژوهش‌های او درک عمیق‌تری از چگونگی سازگاری گیاهان با نوسانات دمایی ارائه می‌دهد. این دانش می‌تواند راه را برای پرورش گیاهانی که قادر به تحمل شرایط سخت اقلیمی هستند، هموار کند.

آینده گیاهان مقاوم به سرما

چالش‌های تغییرات اقلیمی از بین نخواهند رفت، و نیاز به محصولات مقاوم همچنان افزایش خواهد یافت.

اگر محققان بتوانند از یافته‌های پژوهش‌هایی مانند تحقیقات دیکایا بهره ببرند، ممکن است گونه‌های گیاهی جدیدی را توسعه دهند که با وجود نوسانات دمایی، عملکرد مطلوبی داشته باشند.

هرچند هنوز اطلاعات زیادی برای یادگیری وجود دارد، اما این تحقیقات ما را یک گام به فهم بهتر مکانیسم‌های پیچیده‌ای که بقای گیاهان را تضمین می‌کنند، نزدیک‌تر می‌کند.

در سال‌های آینده، اکتشافاتی مانند این می‌تواند کشاورزی را متحول کند و نقش مهمی در تأمین امنیت غذایی در دنیای در حال تغییر ایفا نماید.