وبما أنه من المتوقع أن يؤدي تغير المناخ إلى فترات جفاف أكثر تواترا، يعمل الباحثون بشكل متزايد على تحقيق اكتشافات يمكن أن تساعد النباتات على التكيف مع الإجهاد المائي لفترات طويلة.
أكمل باحثون من معهد بويس طومسون وجامعة كورنيل الدراسة الأولى لتقديم صورة شاملة لتغيرات التعبير الجيني استجابة للإجهاد المائي في الفاكهة - الطماطم، Solanum lycopersicum - وتحديد الجينات التي يمكن أن تساعد مربي النباتات على تطوير فاكهة يمكنها التعامل مع الجفاف. ظروف الجفاف.
نشرت في عدد ديسمبر من مجلة فيزياء النباتقاد هذا العمل فريق البحث المكون من كارمن كاتالا، الأستاذة المساعدة في معهد BTI والباحثة المشاركة الأولى في كلية علوم النبات التكاملية (SIPS) في جامعة كورنيل. يشمل الباحثون المتعاونون جوسلين روز، الأستاذة في SIPS، وأساتذة BTI جيم جيوفانوني، وتشانغجون فاي، ولوكاس مولر، وهم أيضًا أساتذة مساعدون في SIPS
وقال كاتالا: "لقد حددنا عددًا من الجينات التي تشارك في الاستجابة للإجهاد المائي في ثمار الطماطم". "يمكننا الآن أن نبدأ في اختيار الجينات المرشحة التي يمكن أن تساعد المربين على تطوير الفاكهة التي يمكن أن تتكيف مع ظروف الجفاف، وليس فقط الطماطم ولكن أيضا العنب والتفاح والفواكه اللحمية بشكل عام. وهذا تطبيق محتمل طويل المدى لهذه البيانات.
نظر الباحثون إلى التعبير الجيني في أوراق الطماطم وستة أعضاء من الفاكهة (القشرة، والمشيمة، والحاجز، والكولوميلا، والهلام، والبذور) في نقطتين زمنيتين مختلفتين (الفاكهة النامية والفاكهة الناضجة) وتحت أربعة ظروف مختلفة للإجهاد المائي (لا شيء، خفيف، متوسط ومتوسط). قوي).
ووجد الباحثون أن كل أنسجة أعضاء الفاكهة تغيرت بطرق فريدة مع مرور الوقت.
وقال كاتالا: "إن أقل من 1% من الجينات المعبر عنها والتي تأثرت بالإجهاد المائي تم مشاركتها بين جميع أنسجة الفاكهة الستة، وأكثر من 50% من الجينات المتضررة كانت خاصة بنسيج واحد".
وعلى النقيض من الآثار السلبية للجفاف، الذي يسبب اضطرابات فسيولوجية وفقدان الثمار، هناك بعض الآثار الإيجابية المرتبطة بالجفاف - على الأقل مع الجفاف المعتدل.
على سبيل المثال، وجد الباحثون أن الإجهاد المائي يزيد من كمية اللايكوبين في الفاكهة الناضجة. الليكوبين هو أحد مضادات الأكسدة التي لها فوائد صحية موثقة. تحتوي الفاكهة التي تعاني من الإجهاد المائي أيضًا على مستويات أعلى من التخليق الحيوي للنشا، مما قد يؤدي إلى إنتاج طماطم أكثر حلاوة.
ووجد الباحثون أيضًا أنه بإمكانهم "تدريب" الطماطم لتكون أكثر مقاومة لموجات الجفاف المائية في المستقبل.
قال فيليب نيكولا، عالم ما بعد الدكتوراه في مختبر كاتالا والمؤلف الأول للورقة البحثية: "عندما زرعنا البذور من النباتات المعالجة، وجدنا أن شتلات الطماطم المجهدة أظهرت تحسنًا في التعافي من الإجهاد المائي مقارنة بالشتلات من الطماطم الخاضعة للمراقبة".
وقال نيكولاس إنهم حددوا العديد من الجينات التي ينجم تعبيرها عن الإجهاد المائي في البذور الناضجة، والتي يمكن أن تلعب أدوارًا مهمة في منح الجيل القادم من النباتات القدرة على تحمل الإجهاد المائي.
كانت الدراسة صعبة بعدة طرق لأن الباحثين كانوا ينظرون إلى الفاكهة. تقوم معظم الدراسات حول استجابات النباتات لإجهاد الجفاف بفحص جذور وأوراق الشتلات لأنها سهلة الدراسة نسبيًا.
وقال كاتالا: "من السهل نسبياً الضغط على الشتلات، ولكن إذا قمت بالضغط على النباتات أكثر من اللازم فإنها لن تزهر ولن تنتج ثماراً". "بالإضافة إلى ذلك، عندما تريد دراسة الفاكهة، يجب عليك زراعة النباتات البالغة، الأمر الذي يتطلب المزيد من الوقت والمساحة والموارد الإجمالية."