يمكن لبعض النباتات البقاء على قيد الحياة لأشهر بدون ماء ، فقط لتتحول إلى اللون الأخضر مرة أخرى بعد هطول الأمطار لفترة وجيزة. أظهرت دراسة حديثة أجرتها جامعتا بون وميتشيغان أن هذا ليس بسبب "الجين المعجزة". بدلاً من ذلك ، هذه القدرة هي نتيجة لشبكة كاملة من الجينات ، وكلها تقريبًا موجودة أيضًا في أصناف أكثر عرضة للخطر. ظهرت النتائج بالفعل على الإنترنت في مجلة النبات.
في دراستهم ، ألقى الباحثون نظرة فاحصة على نوع تمت دراسته منذ فترة طويلة في جامعة بون - نبات القيامة Craterostigma plantagineum. إنها تحمل اسمها بشكل صحيح تمامًا: في أوقات الجفاف ، قد يعتقد المرء أنها ماتت. ولكن حتى بعد شهور من الجفاف ، فإن القليل من الماء يكفي لإحيائه. توضح الأستاذة الدكتورة دوروثيا بارتلز من معهد الفسيولوجيا الجزيئية والتكنولوجيا الحيوية للنباتات (IMBIO) في جامعة بون: "في معهدنا ، ندرس كيفية قيام النبات بهذا العمل لسنوات عديدة".
تشمل اهتماماتها الجينات المسؤولة عن تحمل الجفاف. أصبح من الواضح بشكل متزايد أن هذه القدرة ليست نتيجة "جين معجزة" واحد. بدلاً من ذلك ، هناك عدد كبير من الجينات المتضمنة ، ومعظمها موجود أيضًا في الأنواع التي لا تتكيف بشكل جيد مع الجفاف.
يحتوي النبات على ثماني نسخ من كل كروموسوم
في الدراسة الحالية ، حلل فريق بارتل ، بالاشتراك مع باحثين من جامعة ميشيغان (الولايات المتحدة) ، الجينوم الكامل لـ Craterostigma plantagineum. وهذا مبني بشكل معقد للغاية: في حين أن معظم الحيوانات لديها نسختان من كل كروموسوم - واحدة من الأم والأخرى من الأب - تمتلك Craterostigma ثمانية. يسمى هذا الجينوم "ثمانية أضعاف" أيضًا باسم octoploid. في المقابل ، نحن البشر ثنائي الصبغة.
"يمكن ملاحظة مثل هذا التكاثر في المعلومات الجينية في كثير النباتات التي تطورت تحت الظروف القاسيةيقول بارتلز. لكن لماذا هذا؟ السبب المحتمل: إذا كان الجين موجودًا في ثماني نسخ بدلاً من نسختين ، فيمكن من حيث المبدأ قراءته أسرع أربع مرات. وبالتالي يمكن لجينوم الأخطبوط أن يمكّن من إنتاج كميات كبيرة من البروتين المطلوب بسرعة كبيرة. يبدو أن هذه القدرة مهمة أيضًا لتطوير تحمل الجفاف.
في Craterostigma ، يتم تكرار بعض الجينات المرتبطة بقدر أكبر من التحمل للجفاف. وتشمل هذه ما يسمى ELIPs - اختصار يرمز إلى "البروتينات المحفزة للضوء المبكر" ، حيث يتم تشغيلها بسرعة عن طريق الضوء وتحمي من الإجهاد التأكسدي. تحدث بأعداد نسخ عالية في جميع الأنواع التي تتحمل الجفاف.
يوضح بارتلز: "تحتوي Craterostigma على ما يقرب من 200 جين ELIP متطابقة تقريبًا وتقع في مجموعات كبيرة من عشر أو عشرين نسخة على كروموسومات مختلفة". لذلك يمكن أن تعتمد النباتات التي تتحمل الجفاف على شبكة واسعة من الجينات التي يمكنها تنظيمها بسرعة في حالة حدوث جفاف.
عادة ما يكون للأنواع الحساسة للجفاف نفس الجينات - وإن كان ذلك بأعداد أقل من النسخ. هذا أيضًا ليس مفاجئًا: غالبًا ما تظل بذور وحبوب اللقاح لمعظم النباتات قادرة على الإنبات بعد فترات طويلة بدون ماء. لذلك لديهم أيضًا برنامج وراثي للحماية من الجفاف. "ومع ذلك ، يتم إيقاف تشغيل هذا البرنامج عادةً عند الإنبات ولا يمكن إعادة تنشيطه بعد ذلك ،" يشرح عالم النبات. "في نباتات النشور ، بالمقابل ، تبقى نشطة."
معظم الأنواع يمكن أن تفعل تحمل الجفاف
إذن ، فإن تحمل الجفاف أمر "يمكن أن تفعله" الغالبية العظمى من النباتات. ربما ظهرت الجينات التي تمنح هذه القدرة في وقت مبكر جدًا من مسار التطور. ومع ذلك ، فإن هذه الشبكات أكثر كفاءة في الأنواع التي تتحمل الجفاف ، علاوة على ذلك ، فهي ليست نشطة فقط في مراحل معينة من دورة الحياة.
ومع ذلك ، لا تمتلك كل خلية في Craterostigma plantagineum نفس "برنامج الجفاف" أيضًا. أظهر ذلك باحثون من جامعة دوسلدورف شاركوا أيضًا في الدراسة. على سبيل المثال ، تنشط جينات شبكة الجفاف المختلفة في الجذور أثناء الجفاف عنها في الأوراق. هذه النتيجة ليست غير متوقعة: الأوراق ، على سبيل المثال ، تحتاج إلى حماية نفسها من الآثار الضارة للشمس. يتم مساعدتهم في ذلك من خلال ELIPs ، على سبيل المثال. مع الرطوبة الكافية ، يشكل النبات أصباغًا ضوئية تمتص الإشعاع جزئيًا على الأقل. هذه الحماية الطبيعية تفشل إلى حد كبير أثناء الجفاف. الجذور ، في المقابل ، لا داعي للقلق بشأن حروق الشمس.
تعمل الدراسة على تحسين فهم سبب وجود البعض نوع تعاني من القليل جدا من الجفاف. على المدى الطويل ، يمكن أن يساهم في تكاثر المحاصيل مثل القمح أو الذرة التي تتكيف بشكل أفضل معها جفاف. في أوقات تغير المناخ ، من المرجح أن يزداد الطلب عليها أكثر من أي وقت مضى في المستقبل.