الصقيع على Arabidopsis thaliana - قد يساعدنا الاكتشاف الجديد على زراعة المحاصيل في مناخ متقلب. الائتمان: مركز جون إينيس
قد يكون الصقيع الأول في الخريف قاتماً على البستانيين ولكن أحدث الأدلة تكشف أنه حدث عميق في حياة النباتات.
قد يؤثر الاكتشاف على كيفية زراعة المحاصيل في مناخ متقلب ويساعدنا على فهم الآليات الجزيئية في الحيوانات والبشر بشكل أفضل.
تم اكتساب الكثير من فهمنا لكيفية تسجيل النباتات لدرجة الحرارة على المستوى الجزيئي من دراسة التبني - التعرض لفترة طويلة من البرد كتحضير للإزهار في الربيع.
أظهرت التجارب التي أجريت باستخدام نبات أرابيدوبسيس النموذجي كيف أن هذه الفترة الطويلة من البرد ترفع من حدة الإزهار ، وهو جين يسمى FLC. تشتمل هذه المكابح البيوكيميائية أيضًا على جزيء آخر COOLAIR وهو مضاد تحسس لـ FLC. هذا يعني أنها تقع على الطرف الآخر من الحمض النووي إلى FLC ويمكنه الارتباط بـ FLC والتأثير على نشاطه.
ولكن لا يُعرف الكثير عن كيفية تأثير التغيرات الطبيعية في درجات الحرارة على هذه العملية. كيف يسهل COOLAIR إغلاق FLC في الطبيعة؟
لمعرفة ذلك ، استخدم باحثون من مركز جون إينيس أنواعًا طبيعية من نبات الأرابيدوبسيس المزروعة في مناخات مختلفة.
قاموا بقياس مقدار تشغيل COOLAIR في ثلاثة مواقع ميدانية مختلفة مع ظروف شتوية متفاوتة ، واحد في نورويتش بالمملكة المتحدة وواحد في جنوب السويد وواحد في شمال السويد شبه القطبية.
اختلفت مستويات التبريد باختلاف المُدخلات والمواقع المختلفة. ومع ذلك ، اكتشف الباحثون شيئًا مشتركًا بين جميع النباتات - في المرة الأولى التي انخفضت فيها درجة الحرارة إلى ما دون درجة التجمد ، كانت هناك ذروة في COOLAIR.
لتأكيد هذا التعزيز لـ COOLAIR بعد التجميد أجروا تجارب في غرف يتم التحكم في درجة حرارتها والتي تحاكي التغيرات في درجات الحرارة التي شوهدت في الظروف الطبيعية.
ووجدوا أن مستويات التعبير COOLAIR ارتفعت في غضون ساعة من التجمد وبلغت ذروتها بعد ثماني ساعات تقريبًا. كان هناك انخفاض طفيف في مستويات FLC مباشرة بعد التجميد أيضًا ، مما يعكس العلاقة بين المكونين الجزيئيين الرئيسيين.
بعد ذلك ، وجدوا نبات أرابيدوبسيس متحور ينتج مستويات أعلى من COOLAIR طوال الوقت حتى عندما لا يكون الجو باردًا ، ومستويات منخفضة من FLC. عندما قاموا بتحرير الجين لإيقاف تشغيل COOLAIR وجدوا أن FLC لم يعد مكبوتًا ، مما يوفر دليلًا إضافيًا على هذه الآلية الجزيئية الأنيقة.
قال الدكتور يوشينغ تشاو ، المؤلف الأول المشارك للدراسة: "تُظهر دراستنا جانبًا جديدًا لاستشعار درجة الحرارة في النباتات في ظروف الحقول الطبيعية. يعتبر الصقيع الموسمي الأول مؤشرا هاما في الخريف لوصول الشتاء. يبدو أن الحث المعتمد على التجميد الأولي لـ COOLAIR هو ميزة محفوظة تطوريًا في نبات الأرابيدوبسيس ويساعد على تفسير كيفية إحساس النباتات بالإشارات البيئية لبدء إسكات مانع الأزهار الرئيسي FLC لمحاذاة الإزهار مع الربيع. "
تقدم الدراسة نظرة ثاقبة على اللدونة في العملية الجزيئية لكيفية استشعار النباتات لدرجات الحرارة التي قد تساعد النباتات على التكيف مع المناخات المختلفة.
أوضحت الأستاذة كارولين دين ، المؤلفة المقابلة للدراسة: "من وجهة نظر المصنع ، يمنحك هذا طريقة قابلة للتعديل لإغلاق FLC. سيؤدي أي تعديل لمضاد المعنى إلى إيقاف الإحساس ومن منظور تطوري ، اعتمادًا على مدى كفاءة أو سرعة حدوث ذلك ، وعدد الخلايا التي يحدث فيها ، ثم يكون لديك طريقة لضغط الفرامل لأعلى ولأسفل بين الخلايا ".
ستكون النتائج مفيدة لفهم كيف تستشعر النباتات والكائنات الحية الأخرى إشارات بيئية متقلبة ويمكن ترجمتها لتحسين المحاصيل في وقت تغير المناخ.
من المحتمل أيضًا أن يكون هذا الاكتشاف ذا صلة على نطاق واسع بالتنظيم البيئي للتعبير الجيني في العديد من الكائنات الحية لأنه ثبت أن النسخ المضاد للتفاعل يغير النسخ في الخميرة والخلايا البشرية.
المرجع: "تقلبات درجات الحرارة الطبيعية تعزز تنظيم COOLAIR لـ FLC" بقلم Yusheng Zhao1 و Pan Zhu1 و Jo Hepworth و Rebecca Bloomer و Rea Laila Antoniou-Kourounioti و Jade Doughty و Amelie Heckmann و Congyao Xu و Hongchun Yang و Caroline Dean ، 13 مايو 2021 ، الجينات والتنمية.
DOI: 10.1101 / gad.348362.121
