اكتشف علماء من جامعة كاليفورنيا بيانات وراثية ستساعد المحاصيل الغذائية مثل الطماطم والأرز على البقاء على قيد الحياة لفترات أطول وأكثر شدة من الجفاف على كوكبنا الذي يزداد احترارًا.
على مدار العقد الماضي ، سعى فريق البحث إلى إنشاء أطلس جزيئي لجذور المحاصيل ، حيث تكتشف النباتات أولاً آثار الجفاف والتهديدات البيئية الأخرى. وبذلك ، اكتشفوا الجينات التي يمكن للعلماء استخدامها لحماية النباتات من هذه الضغوط. عملهم ، الذي نُشر في 20 مايو في المجلة الموبايل ، حققت درجة عالية من فهم وظائف الجذر لأنها جمعت البيانات الوراثية من خلايا مختلفة من جذور الطماطم المزروعة في الداخل والخارج.
قالت نيليما سينها ، أستاذة بيولوجيا النبات بجامعة كاليفورنيا في ديفيس والمؤلفة المشاركة في الورقة البحثية: "كثيرًا ما يقوم الباحثون بإجراء تجارب معملية ودفيئة ، لكن المزارعين يزرعون أشياء في هذا المجال ، وهذه البيانات تنظر في عينات ميدانية أيضًا". أسفرت البيانات عن معلومات حول الجينات التي تخبر النبات بعمل ثلاثة أشياء رئيسية.
الزيليم عبارة عن أوعية مجوفة تشبه الأنابيب تنقل الماء والمواد المغذية من الجذور وصولاً إلى البراعم. بدون النقل في نسيج الخشب ، لا يمكن للنبات أن يصنع طعامه من خلال عملية التمثيل الضوئي. قال المؤلف الرئيسي للدراسة سيوبهان برادي ، أستاذ بيولوجيا النبات في جامعة كاليفورنيا في ديفيس ، إن "الزيلم مهم جدًا لدعم النباتات ضد الجفاف وكذلك الملح والضغوط الأخرى".
في المقابل ، بدون نقل المعادن النباتية في نسيج الخشب ، سيكون لدى البشر والحيوانات الأخرى عدد أقل من الفيتامينات والمغذيات الضرورية لبقائنا على قيد الحياة. بالإضافة إلى بعض اللاعبين النموذجيين المطلوبين لتشكيل نسيج الخشب ، تم العثور على جينات جديدة ومدهشة.
المجموعة الرئيسية الثانية من الجينات هي تلك التي توجه الطبقة الخارجية من الجذر لإنتاج اللجنين والسوبرين. السوبرين هو المادة الرئيسية في الفلين ويحيط بالخلايا النباتية في طبقة سميكة ، حيث يحتجز الماء أثناء الجفاف. المحاصيل مثل الطماطم والأرز لها سوبرين في الجذور. تحتوي ثمار التفاح على مادة سوبرين تحيط بخلاياها الخارجية. في أي مكان يحدث ، يمنع النبات من فقدان الماء. يقوم اللجنين أيضًا بعزل الخلايا للماء ويوفر الدعم الميكانيكي.
قالت المؤلفة المشاركة في الدراسة جوليا بيلي سيريس Julia Bailey-Serres من جامعة كاليفورنيا: "السوبرين واللجنين شكلان طبيعيان للحماية من الجفاف ، والآن بعد أن تم تحديد الجينات التي تشفر لهما في هذه الطبقة المحددة جدًا من الخلايا ، يمكن تعزيز هذه المركبات". أستاذ علم الوراثة ريفرسايد. "أنا متحمس لأننا تعلمنا الكثير عن الجينات التي تنظم طبقة حاجز الرطوبة هذه. من المهم للغاية أن تكون قادرًا على تحسين تحمل المحاصيل للجفاف ".
تبين أيضًا أن الجينات التي تكوِّد خلايا جذر النبات متشابهة بشكل ملحوظ بين الطماطم والأرز والأرابيدوبسيس ، وهو نبات يشبه الأعشاب الضارة. النسيج الإنشائي هو الطرف المتنامي لكل جذر ، وهو مصدر جميع الخلايا التي يتكون منها الجذر.
قال بيلي سيريس: "إنها المنطقة التي ستصنع بقية الجذر ، وستكون بمثابة مكان مناسب للخلايا الجذعية". "إنها تملي خصائص الجذور نفسها ، مثل حجمها. إن معرفة ذلك يمكن أن يساعدنا في تطوير أنظمة جذر أفضل ".
أوضح برادي أنه عندما يهتم المزارعون بمحصول معين ، فإنهم يختارون نباتات لها ميزات يمكنهم رؤيتها ، مثل الفاكهة الأكبر حجمًا والأكثر جاذبية. يصعب على المربين اختيار نباتات ذات خصائص تحت الأرض لا يمكنهم رؤيتها.
قال برادي: "يعتبر" النصف المخفي "من النبات ، تحت الأرض ، أمرًا بالغ الأهمية بالنسبة للمربين للنظر فيما إذا كانوا يريدون زراعة نبات بنجاح". "ستساعدنا القدرة على تعديل النسيج الإنشائي لجذور النبات على هندسة المحاصيل بخصائص مرغوبة أكثر."
على الرغم من أن هذه الدراسة حللت ثلاثة نباتات فقط ، إلا أن الفريق يعتقد أنه يمكن تطبيق النتائج على نطاق أوسع. قالت بيلي سيريس: "تم فصل الطماطم والأرز بأكثر من 125 مليون سنة من التطور ، ومع ذلك ما زلنا نرى أوجه تشابه بين الجينات التي تتحكم في الخصائص الرئيسية". "من المحتمل أن تكون أوجه التشابه هذه صحيحة بالنسبة للمحاصيل الأخرى أيضًا."