زرع بذور الدفاع

زرع بذور الدفاع

وجدت دراسة سالك أن الإجهاد يؤدي إلى تغيرات جينية واسعة النطاق تساعد في مقاومة الأمراض

لا جولا ، كاليفورنيا - ساد الاعتقاد منذ فترة طويلة أن المثيلة ، وهي جزء أساسي من التطور الطبيعي للكائن الحي ، هي تعديل ثابت للحمض النووي لا يمكن تغييره بفعل الظروف البيئية. ومع ذلك ، تشير النتائج الجديدة التي توصل إليها باحثون في معهد سالك للدراسات البيولوجية إلى أن الحمض النووي للكائنات المعرضة للإجهاد يخضع لتغيرات في أنماط مثيلة الحمض النووي التي تغير كيفية تنظيم الجينات.

وجد العلماء أن التعرض للبكتيريا المسببة للأمراض تسبب في تغييرات واسعة النطاق في الشفرة اللاجينية للنبات ، وهي طبقة إضافية من التعليمات الكيميائية الحيوية في الحمض النووي التي تساعد في التحكم في التعبير الجيني. تم ربط التغييرات اللاجينية بنشاط الجينات المسؤولة عن تنسيق استجابة النبات للإجهاد ، مما يشير إلى أن الإيبيجينوم قد يساعد الكائنات الحية على تطوير مقاومة لمسببات الأمراض والضغوط البيئية الأخرى.

قام باحثو Salk بإصابة سطرين من النباتات ببكتيريا لتحديد ما إذا كانت المثيلة ، وهي نوع من التعديل الكيميائي اللاجيني للحمض النووي ، تلعب دورًا في استجابة النبات للإجهاد.

تُظهر الورقة الموجودة على اليسار ، المأخوذة من نبات طبيعي بعد خمسة أيام من الإصابة ، أنظمة المرض. لا تظهر الورقة الموجودة على اليمين ، المأخوذة من نبات متحور غير قادر على المثيلة ، أي علامات للمرض ، مما يشير إلى أن المثيلة تعمل في استجابات الإجهاد.

الصورة: بإذن من Robert H. Dowen

"هذا يعني أن الإبيجينوم قد لا يكون مجرد مجموعة ثابتة من التعليمات ، ولكن أيضًا طريقة لإعادة كتابة تلك التعليمات بناءً على الخبرة" ، كما يقول جوزيف إيكر، وهو أستاذ في Salk's معمل التحليل الجينومي، الذي قاد فريق البحث. "النتائج التي توصلنا إليها ، جنبًا إلى جنب مع نتائج الباحثين الآخرين ، تبني حالة أن تجارب الحياة تترك بصمة على حمضنا النووي."

في الدراسة التي نشرت في 7 أغسطس في وقائع الاكاديمية الوطنية للعلوم، درس إيكر وزملاؤه كيفية تنظيم مثيلة الحمض النووي الجهاز المناعي للـ نبات الأرابيدوبسيس thaliana نبات. الميثيل هو عملية كيميائية حيوية تقوم ، من بين أمور أخرى ، بقمع التعبير عن "الجينات القافزة" المسماة الينقولات التي تم دمجها في الجينوم بمرور الوقت. باستخدام تقنيات التسلسل على مستوى الجينوم ، وجد الباحثون مجموعة واسعة من تغييرات المثيلة في استجابة النبات للعدوى البكتيرية وأجروا مجموعة متنوعة من التحليلات لتحديد كيفية تغيير هذه الميثيل للتعبير الجيني.

يقول المؤلف الأول روبرت دوين ، الذي عمل في المشروع في سالك مع إيكر وهو الآن مع مستشفى ماساتشوستس العام في بوسطن: "من الدراسات السابقة ، نعلم أن التعبير عن بعض الجينات يقترن بتغييرات المثيلة استجابةً للإجهاد". "ومع ذلك ، تظهر النتائج التي توصلنا إليها أن تعريض النبات للضغط يؤدي إلى العديد من التغييرات المثيلة التي تساعد النبات على الدفاع ضد مسببات الأمراض الغازية."

تستخدم النباتات سلسلة متطورة من آليات الدفاع لتقييد نمو البكتيريا الطفيلية عند الإصابة عن طريق تحفيز الإشارات الهرمونية المختلفة التي تؤدي إلى حدوث تغييرات في شبكات التعبير الجيني. تشير نتائج Salk والدراسات الحديثة الأخرى إلى أن استجابات الدفاع الخلوي هذه تشغل آلية مثيلة الحمض النووي لنقل التحكم في شبكات التعبير الجيني. التغيرات اللاجينية في المادة الجينية ، بما في ذلك التغييرات في أنماط مثيلة الحمض النووي والتعديلات على الهيستونات (البروتينات التي تلعب دورًا رئيسيًا في تنظيم الجينات) ، يمكن أن تغير تعبير الجين دون تغيير تسلسل الحمض النووي الخاص به. بالإضافة إلى ذلك ، ترتبط الجزيئات التي تسمى الحمض النووي الريبي المتداخل الصغير (siRNAs) ارتباطًا وثيقًا مع مثيلة الحمض النووي ، خاصةً في الجينات القافزة ، حيث توجه هذه الجزيئات siRNAs عملية المثيلة. والمثير للدهشة أن الباحثين وجدوا أن مستويات siRNAs هذه تتغير أيضًا أثناء الإصابة عند الينقولات المحددة وتتوافق مع تنشيط شظايا الحمض النووي المتنقلة هذه. توضح هذه النتائج الطبيعة الديناميكية للإبيجينوم استجابة للإجهاد.

قد يكون لنتائج Salk آثار واسعة على الزراعة ، بما في ذلك هندسة أنماط مثيلة الحمض النووي للنباتات لإنتاج محاصيل مقاومة للأمراض وتقليل التعرض لمبيدات الآفات. تحظى تقنيات التطبيق هذه باهتمام كبير ، حيث يتم فقدان أكثر من 30 إلى 40 في المائة من المحاصيل السنوية بسبب مسببات الأمراض كل عام بتكلفة تبلغ حوالي 500 مليار دولار.

دراسة حديثة نشرت في فيزياء النبات يقترح أن ذاكرة الظروف البيئية قد تنتقل عبر الأجيال ، حيث يتم تحضير دفاعات النبات في ذرية النباتات التي تعرض آباؤها بالفعل لمسببات الأمراض. يقول دوين: "في حين أن هذه الظاهرة غير مفهومة جيدًا ، إلا أنها تحظى باهتمام واسع ويتم دراستها بشكل مكثف في هذا المجال". "نعتقد أن النتائج التي توصلنا إليها قد توفر إطارًا للاختبار المباشر فيما إذا كانت التغييرات المثيلة التي لاحظناها تنتقل إلى النسل أو ما إذا كانت آلية مماثلة تحدث في الخلايا البشرية."

الباحثون الآخرون في الدراسة هم ماتيا بيليزولا وروبرت جيه شميتز ورايان ليستر وجوزيف آر نيري من معهد سالك. وجيل إم داوين وجاك إي ديكسون من جامعة كاليفورنيا في سان دييغو.

تم دعم العمل من قبل المعاهد الوطنية للصحة (AI060662) ، فإن مؤسسة كاثريناأطلقت حملة معهد كاليفورنيا للطب التجديديأطلقت حملة مؤسسة ماري ك.شابمانأطلقت حملة معهد هوارد هيوز الطبي و مبادئ السلوك مؤسسة جوردن وبيتي مور.

عن معهد سالك للدراسات البيولوجية:
معهد سالك للدراسات البيولوجية هو أحد المؤسسات البحثية الأساسية البارزة في العالم ، حيث يقوم أعضاء هيئة التدريس المشهورون دوليًا بالتحقيق في أسئلة علوم الحياة الأساسية في بيئة فريدة وتعاونية وإبداعية. من خلال التركيز على الاكتشاف وتوجيه الأجيال القادمة من الباحثين ، يقدم علماء Salk مساهمات رائدة لفهمنا للسرطان والشيخوخة والزهايمر والسكري والأمراض المعدية من خلال دراسة علم الأعصاب وعلم الوراثة وبيولوجيا الخلايا والنباتات والتخصصات ذات الصلة.

تم الاعتراف بإنجازات أعضاء هيئة التدريس بالعديد من الأوسمة ، بما في ذلك جوائز نوبل والعضويات في الأكاديمية الوطنية للعلوم. تأسس المعهد في عام 1960 من قبل رائد لقاح شلل الأطفال جوناس سالك ، وهو مؤسسة مستقلة غير ربحية ومعلم معماري.