بینش‌های جدید در مورد رشد گل‌ها

روند پیچیده رشد گل، مدت هاست که دانشمندانی را مجذوب خود کرده است که به دنبال کشف رازهای پشت زمان بندی دقیق طبیعت هستند. در مطالعه ای که در مجله The Plant Cell، یک تیم تحقیقاتی به رهبری موسسه علوم و فناوری نارا (NAIST)، ژاپن منتشر شده است، عملکرد درونی میرستم انتهایی گل و رشد پرچم را روشن کرده است، و مکانیسم منحصر به فردی را کشف کرده است که توسط تعامل متقابل عوامل ژنتیکی و اپی ژنتیکی هدایت می شود.

گل ها ساختار پیچیده خود را مدیون تمایز ظریف سلول های بنیادی هستند، فرآیندی که طی آن سلول های بنیان گذار به سلول های تخصصی در مریستم های گل تبدیل می شوند. با این حال، لحظه دقیقی که در آن سلول های بنیادی بازسازی خود را متوقف می کنند و به شکل خود تبدیل می شوند، تا حد زیادی ناشناخته باقی مانده است. محققان با تمایل به رمزگشایی این انتقال زمانی حیاتی، توجه خود را به AGAMOUS (AG) معطوف کردند، یک فاکتور اصلی رونویسی دامنه MADS که بر مریستم انتهایی گل حاکم است.

از طریق تحقیقات دقیق در گیاه مدل Arabidopsis thaliana، تیم دریافتند که AG به عنوان یک هادی اصلی عمل می کند و بیان ژن را از طریق فرآیندی به نام رقت H3K27me3 همراه با چرخه سلولی تنظیم می کند. این پدیده قابل توجه شامل رقیق شدن یک اصلاح هیستونی به نام H3K27me3 در امتداد توالی های ژنی خاص است که به طور موثر فعال سازی ژن را آغاز می کند. دانشمندان چندین ژن کلیدی را شناسایی کردند که مستقیماً توسط AG در مقاطع زمانی مختلف این چرخه تنظیم می شوند.

این مطالعه یک شبکه ژنتیکی را نشان داد که به شدت توسط AG کنترل می شود، با ژن هایی مانند KNUCKLES (KNU)، AT HOOK MOTIF NUCLEAR LOCALIZED PROTEIN18 (AHL18)، و PLATZ10 که به عنوان بازیگران حیاتی ظاهر می شوند.

برای کشف رازهای این سیستم قابل توجه، محققان یک مدل ریاضی ابداع کردند که قادر به پیش بینی زمان بیان ژن با دقت شگفت آوری است. با اصلاح طول مناطق مشخص شده با H3K27me3 در ژن ها، آنها با موفقیت نشان دادند که فعال سازی ژن می تواند به تاخیر بیفتد یا کاهش یابد و تاثیر این تایمر اپی ژنتیک را تایید کند. یافته های این تیم دیدگاه جدیدی در مورد چگونگی کنترل طبیعت بیان ژن در طول رشد گل ارائه می دهد.

علاوه بر این، مطالعه آنها AHL18 را به عنوان یک ژن مخصوص پرچم با تأثیر عمیق بر رشد و نمو پرچم شناسایی کرد. بیان نادرست AHL18 منجر به نقایص رشدی جالب توجهی شد که نقش حیاتی این ژن را در حصول اطمینان از طویل شدن و بلوغ مناسب پرچم نشان داد. علاوه بر این، این تیم کشف کرد که AHL18 به طور انتخابی به ژن های حیاتی برای رشد پرچم می پیوندد و لایه جدیدی از پیچیدگی تنظیمی در رشد گل را آشکار می کند.

نوبوتوشی یاماگوچی، نویسنده ارشد این مطالعه، معتقد است که این تحقیق نه تنها درک ما را از مکانیسم های زیربنای رشد گل عمیق تر می کند، بلکه ابزاری بالقوه برای تنظیم دقیق الگوهای بیان ژن ارائه می دهد. دستکاری تعادل ظریف تغییرات اپی ژنتیکی، فرصت های هیجان انگیزی را برای کنترل تولید مثل گیاهان به شیوه ای انعطاف پذیر و برگشت پذیر باز می کند، که در نهایت به نفع تامین غذا و شیوه های کشاورزی ما است.

این مطالعه راه را برای اکتشاف بیشتر رویکردهای اپی ژنتیکی برای تنظیم بیان ژن با دقت بسیار عالی هموار می کند. با کشف ساعت کامل طبیعت، دانشمندان ممکن است روزی راهبردهای جدیدی را برای افزایش بهره وری محصول و تقویت انعطاف پذیری گیاهان باز کنند و علیرغم چالش های زیست محیطی به امنیت غذایی کمک کنند.