در دنیای دائمی مبارزه با عوامل بیماری‌زا، گیاهان یک سیستم دفاعی پیچیده را توسعه داده‌اند که تقریباً بلافاصله پس از حمله فعال می‌شود.
هسته اصلی این سیستم دفاعی مجموعه‌ای از مولکول‌های کوچک به نام پیام‌رسان‌های ثانویه است که از غشای سلولی عبور کرده و سیستم ایمنی گیاه را فعال می‌کنند.
این فرایند بنیادی که در سراسر پادشاهی گیاهان و حیوانات، از جمله انسان‌ها، مشترک است، بر فعال‌سازی و کاهش بعدی یک مولکول کوچک به نام اسید فسفاتیدیک (PA) تکیه دارد.
خط مقدم دفاع: چگونه گیاهان مقابله می‌کنند
سال‌ها جامعه علمی در تلاش برای درک اینکه چه چیزی باعث افزایش ناگهانی سطح PA پس از حمله عوامل بیماری‌زا می‌شود، بود.
این راز تا تحقیقات اخیر توسط تیمی از دانشگاه میشیگان که یک آنزیم کوچک به نام DGK5 را به‌عنوان بازیگر کلیدی مشخص کرد، حل‌نشده باقی ماند.
کار آنها که در مجله Cell منتشر شده است، DGK5 را به‌عنوان کاتالیزور تولید PA معرفی می‌کند و وجود دو «کلید» تنظیمی را نشان می‌دهد که چرخه تولید PA را کنترل می‌کنند.
لیبو شان، نویسنده اصلی، استاد زیست‌شناسی مولکولی، سلولی و تکوینی در دانشگاه میشیگان، اهمیت یافته‌هایشان را بیان کرد.
شان توضیح داد: «هیجان این مطالعه این است که نه‌تنها شکاف را پر می‌کند و آنزیمی را که تولید PA را هدایت می‌کند شناسایی می‌کند، بلکه دو کلید را نیز کشف کردیم که زمان روشن‌شدن و خاموش‌شدن تولید PA را کنترل می‌کنند.»
اسید فسفاتیدیک: قهرمان گمنام ایمنی گیاه
این کشف برای درک چگونگی تنظیم PA، یک پیام‌رسان ثانویه حیاتی در بیماری‌های مختلف انسان، در داخل سلول‌ها، و ارائه بینشی در مورد حفظ تعادل سلولی و مبارزه با بیماری‌ها، محوری است.
این مطالعه توضیح می‌دهد که چگونه دو آنزیم متمایز، به نام پروتئین کینازها، با DGK5 برای تعدیل پاسخ ایمنی تعامل می‌کنند. یک آنزیم افزایش ناگهانی PA را آغاز می‌کند، درحالی‌که دیگری تولید آن را کاهش می‌دهد و در نتیجه مکانیسم‌های دفاعی گیاه را تنظیم می‌کند.
سفر شان به این کشف تقریباً یک دهه پیش، پس از بررسی چگونگی شناسایی عفونت‌های عوامل بیماری‌زا توسط گیرنده‌های ایمنی روی سطوح سلولی و انتقال این اطلاعات به‌صورت داخلی آغاز شد.
همکاری با Teun Munnik، استاد دانشگاه آمستردام که در سال ۲۰۱۲ در یکی از سخنرانی‌های شان شرکت کرد، بسیار مفید بود. علاقه مونیک به تولید PA و تحقیقات شان روی یک پروتئین کیناز خاص منجر به شناسایی DGK5 به‌عنوان آنزیمی شد که مسئول افزایش ناگهانی PA بود.
Arabidopsis: گیاه کوچک با پاسخ‌های بزرگ
برای عمیق‌تر شدن در مسیر، آزمایشگاه شان از Arabidopsis استفاده کرد، یک گیاه کوچک از خانواده خردل که ماهیت گرده‌افشانی خود باعث اطمینان از سازگاری ژنتیکی در نسل‌ها می‌شود. این امر امکان بررسی جهش‌یافته‌ها را برای درک مسیرهای مولکولی مختلف فراهم کرد.
با خاموش‌کردن آنزیم DGK5 در این گیاهان، تیم توانست تنظیم آنزیم توسط پروتئین کینازهای بالادست و نقش حیاتی آن در تولید PA را بررسی کند و در نهایت به گیاه در دفع عوامل بیماری‌زا کمک کند.
علاوه بر این، این تحقیق بر تعامل PA با گونه‌های اکسیژن فعال (ROS)، مولکول‌های حیاتی برای ایمنی گیاه، تأکید کرد.
درحالی‌که ROS در صورت وجود بیش از حد می‌تواند آسیب‌زا باشد، اما به‌عنوان خط دفاعی اولیه در برابر عوامل بیماری‌زا، از طریق هر دو عملکرد سیگنال‌دهی و تخریب مستقیم عوامل بیماری‌زا عمل می‌کند.
این تیم همچنین کشف کردند که PA نقشی در تنظیم ROS با تثبیت آنزیم مسئول تولید آن دارد.
اسرار دفاع و ایمنی گیاه
شان درباره اهمیت یافته‌هایشان می‌گوید: «یافته‌های ما چگونگی تنظیم سیگنال‌دهی گونه‌های اکسیژن فعال توسط این فرایند، هدایت دوشاخه کلیدی از ایمنی گیاه را روشن می‌کند. این سفری قابل‌توجه به پیچیدگی‌های مولکولی مکانیسم‌های ایمنی گیاه است.»
این کاوش در دینامیک مولکولی ایمنی گیاه نه‌تنها درک ما از چگونگی دفع مهاجمان توسط گیاهان را گسترش می‌دهد، بلکه مسیرهای جدیدی را برای تحقیق در مورد نقش لیپیدها در سیگنال‌دهی ایمنی و پاسخ به استرس محیطی باز می‌کند.
مطالعه کامل در مجله Cell منتشر شده است.
