مقابله با روز های سرد و روشن در گیاهان

شما در صبح های سرد و روشن، می توانید زیر لحاف بخوابید و از این هوا لذت ببرید اما برای گیاهان فتوسنتز کننده، این نوع سحر خطر دارد، بنابراین آنها روش خود را برای تحمل صبح های سرد تکامل داده اند. تحقیقات انجام شده توسط مرکز جان اینس مکانیسم مقابله با سرما را کشف کرده است که تحت کنترل ساعت بیولوژیکی گیاه است و می تواند راه حل هایی را برای ایجاد انعطاف پذیری بیشتر در محصولاتی که برای آب و هوای سرد مناسب نیستند، ارائه دهد.

پروفسور آنتونی داد، یکی از رهبران گروه در مرکز John Innes می گوید: ما فرآیند جدیدی را شناسایی کرده ایم که به گیاهان کمک می کند سرما را تحمل کنند. این فرآیند توسط ساعت بیولوژیکی گیاهان کنترل می شود، و ما فکر می کنیم که می تواند به ویژه در صبح های سرد و روشن مهم باشد.وی در ادامه بیان کرد: محصولاتی مانند گندم زمستانه و کلزای زمستانه در دوره هایی از کشت خود دمای سردی را تجربه می کنند. ما فکر می کنیم که مکانیسمی که ما کشف کرده ایم می تواند انعطاف پذیری بیشتری از فتوسنتز در برابر دماهای سرد فراهم کند. این یک هدف جالب برای پرورش دقیق محصولات کشاورزی مقاوم در برابر آب و هوا است.

دمای سرد می تواند به سلول های گیاهی آسیب برساند، به ویژه هنگامی که با نور زیاد یا در دمای انجماد ترکیب شود. به همین دلیل است که صبح های سرد روشن برای گیاهان بسیار خطرناک است.

هدف محققان این بود که بدانند چگونه اطلاعات مربوط به دمای پایین به کلروپلاست ها، محل فتوسنتز درون سلول گیاهی، که برای همه محصولات اصلی ما ضروری است، منتقل می شود.کلروپلاست ها حاوی ژنوم کوچک خود هستند که منعکس کننده گذشته تکاملی آنها به عنوان باکتری های فتوسنتزی هستند، قبل از اینکه توسط گیاهان برای انجام فتوسنتز غرق شوند و انتخاب شوند. در طول تکامل، بسیاری از ژن ها از کلروپلاست به ژنوم هسته گیاه منتقل شدند، اما کلروپلاست ها برخی از ژن های ضروری را حفظ کرده اند.در این تحقیق، تیم بر روی یکی از این میراث ژنتیکی باکتریایی به نام فاکتور سیگما (SIG5) متمرکز شد. در باکتری ها، فاکتورهای سیگما در پاسخ به دما نقش دارند.در آزمایش هایی که در شرایط آزمایشگاهی کنترل شده انجام شد، آنها شرایط نور را دستکاری کردند و گیاهان را در دوره هایی از سرما قرار دادند.

حذف گیاهان از چرخه روز شب، محققان را قادر می سازد تا ریتم های آزادانه ساعت بیولوژیکی یا شبانه روزی گیاه را بهتر مطالعه کنند. در گیاهان، مانند انسان، ساعت مطابق با چرخه 24 ساعته است که اندازه گیری زمان درون سلول ها را ارائه می دهد و طیف وسیعی از فرآیندهای بیولوژیکی ضروری را تنظیم می کند.

آزمایش ها حساسیت ژن SIG5 را به درمان سرما در اوایل صبح، تحت کنترل ساعت شبانه روزی نشان داد.تئوری تیم این است که SIG5 به عنوان بخشی از یک شبکه سیگنالینگ عمل می کند که هسته گیاه را به کلروپلاست ها متصل می کند و فعالیت هایی را تنظیم می کند که می تواند از گیاه در برابر اثرات مضر محیطی محافظت کند. پروفسور داد توضیح می دهد: اگر دما سرد باشد، برخی از آنزیم های دخیل در فتوسنتز به سرعت تجزیه می شوند.بنابراین، ما فکر می کنیم فرآیندی که توسط هسته کنترل می شود به کلروپلاست سیگنال می دهد تا پروتئین بیشتری بسازد. وقتی گیاه سرما و نور را همزمان می بیند، باید این فرآیند سیگنال دهی را از هسته به کلروپلاست تغییر دهند تا بیشتر از این پروتئین های فتوسنتز بسازند.

نقش ساعت بیولوژیکی این است که مانند دروازه ای عمل کند که یا سیگنال را عبور می دهد یا نه، فرآیندی که به عنوان دروازه شبانه روزی شناخته می شود. گیاهان می توانستند به طور خاص به نور و سرد بودن آن واکنش نشان دهند، مانند صبح بهاری، زیرا این شرایطی است که به سیستم فتوسنتزی آسیب می زند. در مقطعی از تکامل، آنها این حساسیت را انتخاب کرده اند و این باستانی را انتخاب کرده اند. مانند بسیاری از این فرآیندها در گیاهان، این یکی نیز تحت کنترل ساعت شبانه روزی است.

مشخص شده است که این مکانیسم در آزمایشگاه کار می کند. مرحله بعدی این تحقیق، درک تأثیر این فرآیند در زمینه است. یکی از کاربردهای جالب این است که ببینیم آیا می توان مکانیسم را برای افزایش بیشتر تحمل به سرما تغییر داد، به عنوان مثال برای رشد گیاهانی که تحمل کمتری نسبت به سرما دارند، مانند ذرت، در عرض های جغرافیایی شمالی تر.

این تحقیق با همکاری مرکز جان اینس، دانشگاه بریستول، موسسه فناوری توکیو و شرکت تلگراف و تلفن نیپون در ژاپن و دانشگاه دورهام انجام شده است.