گیاهان برای ادامه زندگی به نور خورشید نیاز دارند، همان‌طور که انسان‌ها به غذا نیازمند هستند. اما شدت بیش از حد نور خورشید می‌تواند سیستم آن‌ها را دچار اختلال کند. پرتوهای شدید نه تنها باعث گرمای بیش از حد می‌شوند، بلکه به سلول‌ها آسیب رسانده، رشد را مختل کرده و کل ریتم توسعه گیاه را بر هم می‌زنند.
دانشمندان اخیراً کشف کرده‌اند که گیاهان راهی کاملاً غیرمنتظره برای مدیریت نور یافته‌اند. مولکولی کوچک که معمولاً در ساخت ترکیبات حفاظتی نقش دارد، در واقع با پروتئینی متفاوت که وظیفه تشخیص نور ماوراءبنفش را دارد ارتباط برقرار می‌کند و رشد گیاه را تغییر می‌دهد. این مکانیسم می‌تواند بخشی کاملاً تازه از ماشین زیستی گیاهان باشد.
چه اتفاقی درون گیاهان رخ می‌دهد؟
گیاهان به طور طبیعی نوعی “ضدآفتاب” تولید می‌کنند. این ترکیبات شامل فلاونوئیدها و رنگدانه‌ها هستند که نور را جذب کرده و از سلول‌ها در برابر آسیب محافظت می‌کنند.
- برخی از این ترکیبات به دفع آفات کمک می‌کنند.
- برخی دیگر گرده‌افشان‌ها را جذب می‌کنند.
- همگی بخشی از استراتژی بقای گیاه طی میلیون‌ها سال تکامل هستند.
یکی از گیاهانی که اغلب در تحقیقات آزمایشگاهی استفاده می‌شود، Arabidopsis است. این گیاه کوچک به دلیل رشد سریع و نقشه ژنتیکی ساده‌اش انتخابی ایده‌آل برای پژوهشگران محسوب می‌شود. در یک نسخه جهش‌یافته از این گیاه که قادر به تولید یکی از آنزیم‌های کلیدی فلاونوئید نبود، محققان به نکته‌ای عجیب برخوردند: این گیاه در نورهای خاصی به‌خوبی رشد نمی‌کرد.
انباشت شگفت‌انگیز یک مولکول
بررسی‌ها نشان داد که ترکیبی به نام نارینجنین چالکون (NGC) درون گیاه تجمع یافته بود. در شرایط عادی، NGC تنها یک مرحله میانی در مسیر تولید فلاونوئیدها است. اما در این گیاه جهش‌یافته، به دلیل نبود آنزیم لازم، NGC مصرف نمی‌شد و در سلول‌ها انباشته می‌گردید.
این انباشت غیرعادی با پروتئینی مهم در ارتباط بود: UVR8، حسگر نور UV-B در گیاهان. به‌طور طبیعی، UVR8 با دریافت نور فرابنفش فعال شده و گیاه را برای شرایط استرس‌زا آماده می‌کند. اما NGC توانست این پروتئین را حتی بدون حضور نور UV-B “بازبرنامه‌ریزی” کند. در نتیجه، سیگنال‌های رشد بدون محرک اصلی ارسال شدند.
“ما شگفت‌زده شدیم که نارینجنین چالکون، یک مولکول میانی متابولیک، می‌تواند عملکرد یک پروتئین حساس به نور مانند UVR8 را تغییر دهد.” — نان جیانگ
وقتی مولکول‌ها قوانین را می‌شکنند
برای اثبات این موضوع، پژوهشگران هزاران نوع جهش مختلف از Arabidopsis ایجاد کردند. تنها گیاهانی که جهشی در ژن UVR8 داشتند، توانستند به رشد طبیعی ادامه دهند. این نشان داد که UVR8 نقشی اساسی در این فرآیند ایفا می‌کند.
این یافته نشان می‌دهد که گیاهان از مولکول‌های کوچک نه تنها به عنوان محصولات نهایی یا ترکیبات دفاعی، بلکه به عنوان پیام‌رسان‌های سیگنال‌دهنده استفاده می‌کنند که پاسخ‌های فیزیولوژیکی کلیدی مانند رشد و توسعه را تنظیم می‌نمایند.
تاریخچه پروتئین UVR8
پروتئین UVR8 بیش از ۲۰ سال پیش کشف شد و آخرین گیرنده اصلی نور در گیاهان محسوب می‌شد. از آن زمان تاکنون، نقش اصلی آن در پاسخ به نور UV-B شناخته شده بود. اما کشف این که NGC بتواند بدون حضور UV-B این پروتئین را فعال کند، تغییری بزرگ در درک ما ایجاد کرده است.
گیاهانی مقاوم‌تر در برابر استرس نوری
دانشمندان معتقدند این مکانیسم می‌تواند در آینده برای بهبود رشد، توسعه و مقاومت گیاهان مورد استفاده قرار گیرد. این موضوع برای کشاورزی بسیار مهم است، چرا که کشاورزان نمی‌توانند شدت نور خورشید را کنترل کنند. اما با مهندسی ژنتیک گیاهان و تغییر نحوه پاسخ‌دهی آن‌ها به نور، می‌توان به محصولات مقاوم‌تر دست یافت.
- مدیریت بهتر انرژی توسط گیاه
- رشد سریع‌تر در شرایط کم‌نور
- افزایش مقاومت در برابر بیماری‌ها
“اگر گیاه تنها با نور UV مواجه شود، تقریباً نابود می‌شود. اما اگر همان شدت UV را در کنار نور سفید دریافت کند، گیاه به‌خوبی با آن کنار می‌آید. این همان نقشی است که ما برای NGC تصور می‌کنیم.” — اریش گروت‌وولد
نتیجه‌گیری: فصل تازه‌ای در درک سیگنال‌دهی نوری گیاهان
این کشف تازه نشان می‌دهد که گیاهان فقط واکنش‌پذیر نسبت به محیط نیستند، بلکه سیگنال‌های داخلی خود را نیز به طور مداوم تغییر می‌دهند تا در مسیر درست رشد کنند. حتی اگر این به معنای شکستن برخی قوانین بیوشیمیایی باشد.
مطالعه کامل این تحقیق در نشریه Nature Communications منتشر شده است.
اگر به دنیای شگفت‌انگیز سازوکارهای گیاهان علاقه‌مندید، مقاله‌های مرتبط ما را مطالعه کنید و دیدگاه خود را در بخش نظرات با ما به اشتراک بگذارید.
