تم تحديد الجين الذي سيساعد في تطوير النباتات لمكافحة تغير المناخ

تم تحديد الجين الذي سيساعد في تطوير النباتات لمكافحة تغير المناخ

سيعزز اكتشاف فريق Salk مبادرة الحد من الكربون في الغلاف الجوي من خلال النباتات

LA JOLLA - شبكات مخفية تحت الأرض من جذور النباتات تتخلل الأرض بحثًا عن العناصر الغذائية والمياه ، على غرار الدودة التي تبحث عن الطعام. ومع ذلك ، فإن الآليات الجينية والجزيئية التي تتحكم في استكشاف أجزاء جذور التربة لا تزال غير معروفة إلى حد كبير. الآن ، اكتشف باحثو معهد سالك الجين الذي يحدد ما إذا كانت الجذور تنمو عميقة أو ضحلة في التربة.

بالإضافة إلى ذلك ، تم نشر النتائج في الموبايل في 11 يوليو 2019 ، سيسمح أيضًا للباحثين بتطوير نباتات يمكن أن تساعد في مكافحة تغير المناخ كجزء من Salk's مبادرة تسخير النباتات. تهدف المبادرة إلى زراعة نباتات ذات جذور أقوى وأعمق يمكنها تخزين كميات متزايدة من الكربون تحت الأرض لفترة أطول لتقليل ثاني أكسيد الكربون₂ في الغلاف الجوي. ستتلقى مبادرة Salk أكثر من 35 مليون دولار من أكثر من 10 أفراد ومؤسسات من خلال The Audacious Project لتعزيز هذا الجهد.

"نحن متحمسون للغاية لهذا الاكتشاف الأول على طريق تحقيق أهداف مبادرة تسخير النباتات" ، كما يقول الأستاذ المشارك فولفغانغ بوش، مؤلف رئيسي في الورقة وعضو في مختبر علم الأحياء الجزيئي والخلوي للنباتات في Salk بالإضافة إلى معمل الأحياء التكاملي. "تقليل ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي₂ تعد المستويات أحد أكبر التحديات في عصرنا ، ومن المفيد شخصيًا بالنسبة لي أن أعمل من أجل التوصل إلى حل ".

في العمل الجديد ، استخدم الباحثون نموذج نبات الرشاد (نبات الأرابيدوبسيس thaliana) لتحديد الجينات ومتغيراتها التي تنظم طريقة عمل الأكسين ، وهو هرمون يعد عاملاً رئيسياً في التحكم في بنية نظام الجذر. على الرغم من أنه كان معروفًا أن الأوكسين يؤثر على جميع جوانب نمو النبات تقريبًا ، إلا أنه لم يكن معروفًا أي العوامل تحدد كيفية تأثيره على بنية نظام الجذر على وجه التحديد.

يقول المؤلف الأول تاكيهيكو أوجورا ، زميل ما بعد الدكتوراه في مختبر بوش: "من أجل رؤية نمو الجذور بشكل أفضل ، قمت بتطوير وتحسين طريقة جديدة لدراسة أنظمة جذر النبات في التربة". "جذور أ. ثاليانا صغيرة بشكل لا يصدق بحيث لا يمكن رؤيتها بسهولة ، ولكن من خلال تقطيع النبات إلى نصفين ، يمكننا بشكل أفضل مراقبة وقياس توزيعات الجذر في التربة ".

وجد الفريق أن جينًا واحدًا يسمى EXOCYST70A3 ، ينظم بشكل مباشر بنية نظام الجذر من خلال التحكم في مسار auxin دون تعطيل المسارات الأخرى. EXOCYST70A3 يفعل ذلك من خلال التأثير على توزيع PIN4 ، وهو بروتين معروف بتأثيره على نقل الأوكسين. عندما قام الباحثون بتغيير ملف EXOCYST70A3 الجين ، وجدوا أن اتجاه نظام الجذر قد تغير وأن المزيد من الجذور نمت بشكل أعمق في التربة.

يقول أوغورا: "الأنظمة البيولوجية معقدة بشكل لا يصدق ، لذا قد يكون من الصعب ربط الآليات الجزيئية للنباتات بالاستجابة البيئية". "من خلال ربط كيفية تأثير هذا الجين على سلوك الجذر ، فقد كشفنا عن خطوة مهمة في كيفية تكيف النباتات مع البيئات المتغيرة من خلال مسار الأكسين."

بالإضافة إلى تمكين الفريق من تطوير نباتات يمكنها أن تنمو أنظمة جذرية أعمق لتخزين المزيد من الكربون في نهاية المطاف ، يمكن أن يساعد هذا الاكتشاف العلماء على فهم كيفية معالجة النباتات للتباين الموسمي في هطول الأمطار وكيفية مساعدة النباتات على التكيف مع المناخات المتغيرة.

ويضيف بوش: "نأمل في استخدام هذه المعرفة بمسار auxin كطريقة للكشف عن المزيد من المكونات المرتبطة بهذه الجينات وتأثيرها على بنية نظام الجذر". "سيساعدنا هذا في إنشاء نباتات محاصيل أفضل وأكثر قدرة على التكيف ، مثل فول الصويا والذرة ، بحيث يمكن للمزارعين زراعتها لإنتاج المزيد من الغذاء لعدد متزايد من سكان العالم."

ومن بين المؤلفين الآخرين سانتوش ب.ساتبهاي من سالك إلى جانب كريستيان غويشل ودانييل فيليولت ومادالينا ميريا ورادكا السلوفاكية وبوني وولهراب من معهد جريجور مندل في النمسا.

تم دعم العمل بأموال من الأكاديمية النمساوية للعلوم من خلال معهد جريجور مندل جنبًا إلى جنب مع منحة من صندوق العلوم النمساوي (FWF I2377-B25) وأموال من معهد سالك للدراسات البيولوجية.

حول مبادرة تسخير النباتات:

يشكل تغير المناخ تهديدًا مباشرًا لمستقبلنا. أدى ارتفاع درجات الحرارة من ثاني أكسيد الكربون الزائد في الغلاف الجوي إلى تزايد أنماط الطقس المتطرفة والخطيرة التي تهدد الحيوانات والنباتات على حد سواء. مبادرة تسخير النباتات (HPI) التابعة لمعهد Salk هي نهج مبتكر وقابل للتطوير وجريء لمكافحة تغير المناخ من خلال تحسين قدرة النبات الطبيعية على التقاط الكربون وتخزينه والتكيف مع الظروف المناخية المتنوعة. يمكن أن يساعد هذا النهج في سحب المزيد من الكربون وتخزينه ، وهذا - جنبًا إلى جنب مع الجهود العالمية الأخرى - سيخفف من الآثار الكارثية لتغير المناخ مع توفير المزيد من الغذاء والوقود والألياف لعدد متزايد من السكان.
معرفة المزيد في salk.edu/harnessingplants

عن معهد سالك للدراسات البيولوجية:

كل علاج له نقطة انطلاق. يجسد معهد Salk مهمة Jonas Salk في الجرأة على تحويل الأحلام إلى حقيقة. يستكشف علماءها المشهورون عالميًا والحائزون على جوائز أسس الحياة ، ويبحثون عن مفاهيم جديدة في علم الأعصاب ، وعلم الوراثة ، وعلم المناعة ، وبيولوجيا النبات والمزيد. المعهد منظمة مستقلة غير ربحية ومعلم معماري: صغير باختياره وحميم بطبيعته ولا يعرف الخوف في مواجهة أي تحد. سواء كان السرطان أو الزهايمر أو الشيخوخة أو مرض السكري ، فإن Salk هو المكان الذي يبدأ فيه العلاج.

دوى: X