يلحق البحث بالنباتات الأسرع نموًا في العالم

يلحق البحث بالنباتات الأسرع نموًا في العالم

اكتشف باحثو سالك أن النباتات المائية المصغرة توفر نظرة ثاقبة لمبادئ تصميم الجينوم التي يمكن أن تمكن من تطوير محاصيل الجيل التالي.

لا جولا -وولفيا، المعروف أيضًا باسم duckweed ، هو النبات الأسرع نموًا المعروف ، لكن الجينات الكامنة وراء نجاح هذا النبات الصغير الغريب كانت لغزًا للعلماء لفترة طويلة. الآن ، بفضل التقدم في تسلسل الجينوم ، يتعلم الباحثون ما الذي يجعل هذا النبات فريدًا - وفي أثناء ذلك ، يكتشفون بعض المبادئ الأساسية لبيولوجيا النبات ونموه.

يقوم جهد متعدد المحققين بقيادة علماء من معهد Salk بالإبلاغ عن نتائج جديدة حول جينوم النبات الذي يشرح كيف يمكن أن ينمو بسرعة كبيرة. البحث المنشور في عدد فبراير 2021 من بحوث الجينوم، سيساعد العلماء على فهم كيفية قيام النباتات بالمفاضلة بين النمو والوظائف الأخرى ، مثل وضع الجذور والدفاع عن نفسها من الآفات. هذا البحث له آثار على تصميم مصانع جديدة تمامًا تم تحسينها لوظائف محددة ، مثل زيادة تخزين الكربون للمساعدة في معالجة تغير المناخ.

يقول: "لقد تم إحراز الكثير من التقدم في العلم بفضل الكائنات الحية البسيطة حقًا ، مثل الخميرة والبكتيريا والديدان" تود مايكل، المؤلف الأول للورقة وأستاذ باحث في مختبر سالك للبيولوجيا الجزيئية والخلوية النباتية. "الفكرة هنا هي أنه يمكننا استخدام نبات بسيط للغاية مثل وولفيا لفهم الإجراءات الأساسية لما يجعل النبات نباتًا ".

وولفيا ، التي تنمو في المياه العذبة في كل قارة باستثناء القارة القطبية الجنوبية ، تبدو مثل بذور خضراء صغيرة عائمة ، مع كل نبات بحجم رأس الدبوس فقط. ليس لها جذور ولها بنية واحدة فقط من أوراق جذعية مدمجة تسمى سعفة. يتكاثر بشكل مشابه للخميرة ، عندما تتفتح براعم البنت من الأم. يعتقد بعض الخبراء أنه مع وقت مضاعف لا يتجاوز اليوم وولفيا يمكن أن تصبح مصدرًا مهمًا للبروتين لتغذية سكان الأرض المتزايدين. (يتم تناوله بالفعل في أجزاء من جنوب شرق آسيا ، حيث يُعرف باسم khai-nam ، والذي يُترجم باسم "بيض الماء".)

لفهم ماهية التكيفات وولفياالجينوم المسؤول عن نموه السريع ، قام الباحثون بزراعة النباتات في دورات الضوء / الظلام ، ثم قاموا بتحليلها لتحديد الجينات التي كانت نشطة في أوقات مختلفة من اليوم. (يتم تنظيم نمو معظم النباتات من خلال دورة الضوء والظلام ، حيث يحدث معظم النمو في الصباح).

"المدهش ، وولفيا يقول مايكل: "يحتوي فقط على نصف عدد الجينات التي تنظمها دورات الضوء / الظلام مقارنة بالنباتات الأخرى". "نعتقد أن هذا هو سبب نموها بسرعة كبيرة. ليس لديها اللوائح التي تحدد متى يمكن أن تنمو ".

وجد الباحثون أيضًا أن الجينات المرتبطة بعناصر مهمة أخرى للسلوك في النباتات ، مثل آليات الدفاع ونمو الجذور ، غير موجودة. يضيف مايكل: "لقد ألقى هذا النبات بمعظم الجينات التي لا يحتاجها". "يبدو أنه قد تطور للتركيز فقط على النمو السريع غير المنضبط."

“بيانات حول وولفيا يمكن أن يوفر الجينوم فكرة مهمة حول التفاعل بين كيفية تطوير النباتات لخطة أجسامها وكيفية نموها "، كما يقول الباحث والأستاذ في معهد HHMI جوزيف إيكر، وهو أيضًا مدير مختبر التحليل الجينومي في سالك ومؤلف مشارك للورقة. "يبشر هذا النبات بأن يصبح نموذجًا معمليًا جديدًا لدراسة الخصائص المركزية لسلوك النبات ، بما في ذلك كيفية مساهمة الجينات في الأنشطة البيولوجية المختلفة."

يتمثل أحد نقاط تركيز مختبر مايكل في تعلم كيفية تطوير نباتات جديدة من الألف إلى الياء ، بحيث يمكن تحسينها لتناسب سلوكيات معينة. توسع الدراسة الحالية المعرفة ببيولوجيا النبات الأساسية بالإضافة إلى توفير إمكانية تحسين المحاصيل والزراعة. من خلال جعل النباتات أكثر قدرة على تخزين الكربون من الغلاف الجوي في جذورها ، وهو نهج ابتكره Salk مبادرة تسخير النباتات، يمكن للعلماء تحسين النباتات للمساعدة في مواجهة تهديد تغير المناخ.

يخطط مايكل لمواصلة الدراسة وولفيا لمعرفة المزيد عن الهندسة الجينية لتطوير النبات باستخدام هذا النبات المبسط لفهم الشبكات التي تتحكم في المصير.

المؤلفون الآخرون في الدراسة هم نولان هارتويك وفلوريان جوبي وجوستين ب. ساندوفال من سالك. إيفان إرنست وروبرت أ. مارتينسن من مختبر كولد سبرينج هاربور ؛ فيلومينا تشو ، سارة جيلبرت ، وإريك لام من روتجرز ، جامعة ولاية نيو جيرسي ؛ دوجلاس براينت وتود سي موكلر من مركز دونالد دانفورث لعلوم النبات ؛ Stefan Ortleb، Joerg Fuchs، and Ljudmylla Borisjuk من معهد Leibniz لعلم الوراثة النباتية وبحوث المحاصيل النباتية في ألمانيا ؛ إرين باغز وكسينيا ف. كراسليفا من جامعة كاليفورنيا ، بيركلي ؛ ك. سوجانيا سري من جامعة كيرالا المركزية في الهند ؛ وكلاوس جيه أبينروث من جامعة فريدريش شيلر في جينا بألمانيا.

تم تمويل هذا العمل من قبل وزارة الطاقة الأمريكية ، مكتب العلوم ، مكتب برنامج البحوث البيولوجية والبيئية. كما تم دعمه بمنحة من مشروع هاتش من محطة التجارب الزراعية في نيو جيرسي بجامعة روتجرز ومعهد هوارد هيوز الطبي.

دوى: 10.1101 / gr.266429.120