گیاهان موجودات بسیار سازگاری هستند که استراتژی‌های فوق‌العاده‌ای برای بقا در محیط‌های مختلف تکامل داده‌اند. یکی از این استراتژی‌ها خواب بذر است که مانع از جوانه‌زنی بذرها حتی در شرایط مطلوب می‌شود و خطر برای نهال‌ها را در دوره‌های نامساعد کاهش می‌دهد.
در اقلیم‌های مدیترانه‌ای مانند قبرس، تابستان‌ها می‌تواند بسیار گرم و خشک باشد و تهدیدی جدی برای نهال‌های جوان ایجاد کند.
یک زیرگونه از Aethionema arabicum در قبرس سازگاری منحصربه‌فردی برای جلوگیری از جوانه‌زنی در این ماه‌های سخت تکامل داده است. در یک مطالعه اخیر، کارشناسان پایه مولکولی این سازگاری را بررسی کردند.
سرکوب طولانی‌مدت جوانه‌زنی
پیشتر، محققان کشف کرده بودند که قرار گرفتن مستقیم در معرض نور، جوانه‌زنی بذرهای Aethionema arabicum را مهار می‌کند.
مطالعه جدید بررسی کرد که آیا قرار گرفتن در معرض نور می‌تواند سرکوب طولانی‌مدت جوانه‌زنی را نیز ایجاد کند که به عنوان خواب ثانویه شناخته می‌شود. تحقیق نشان داد که طول مدت قرار گرفتن در معرض نور روزانه برای ایجاد خواب ثانویه بسیار مهم است.
«این مکانیزم بسیار منطقی است: طول روز شرایطی بسیار پایدارتر از دما یا رطوبت است که ممکن است به‌طور قابل توجهی از یک روز به روز دیگر متفاوت باشد»، زوزانا میرای، نویسنده اصلی و پژوهشگر فوق‌دکترا در موسسه گرگور مندل، گفت.
محافظت از نهال‌ها
همان‌طور که روزها در تابستان طولانی‌تر می‌شوند، بذرهایی که در معرض دوره‌های نوری طولانی‌تر قرار می‌گیرند از جوانه‌زنی اجتناب می‌کنند و بنابراین از مواجهه نهال‌ها با شرایط کشنده جلوگیری می‌کنند.
محققان نشان دادند که قرار دادن بذرها در معرض ۱۶ ساعت نور در روز منجر به سرکوب طولانی‌مدت جوانه‌زنی می‌شود، حتی زمانی که بذرها بعداً در تاریکی قرار می‌گیرند.
میرای توضیح داد: «حتی اگر بذرها را به شرایط تاریک برگردانیم، جوانه نمی‌زنند زیرا به خاطر می‌آورند که شرایط برای جوانه‌زنی مناسب نبوده است.»
محرک‌های خواب بذر
در حالی که خواب ثانویه قبلاً مشاهده شده بود، محرک‌های مولکولی آن به خوبی درک نشده بودند. با غربالگری کتابخانه‌ای از بذرهای جهش‌یافته که قادر به ایجاد خواب ثانویه نبودند، محققان RGL2 را به عنوان تنظیم‌کننده اصلی شناسایی کردند.
میرای گفت: «بذرهای دارای جهش در ژن RGL2 هنوز توسط نور مهار می‌شوند، اما فقط به صورت کوتاه‌مدت. با فقدان RGL2، ایجاد خواب ثانویه شکست می‌خورد.»
علاوه بر این، تحلیل‌ها نشان داد که RGL2 بیش از ۳۳۰۰ ژن مرتبط با خواب ثانویه را تنظیم می‌کند و بر هر دو ژن‌های پیش‌خواب و سرکوب‌کننده خواب تأثیر می‌گذارد.
پایه مولکولی خواب ثانویه
تحقیقات قبلی نشان داده بود که خواب بذر نتیجه تعادل بین اسید آبسیزیک (ABA)، هورمون ترویج‌دهنده خواب، و جیبریلین (GA)، هورمون سرکوب‌کننده خواب، است.
مطالعه نشان داد که RGL2 تولید GA را سرکوب و سنتز ABA را در بذرهایی که در معرض نور قرار گرفته‌اند افزایش می‌دهد.
با این حال، دانشمندان کشف کردند که تنها کاهش سطح GA، نه افزایش سطح ABA، برای ایجاد خواب ثانویه ضروری است.
سازگار کردن الگوهای جوانه‌زنی
این یافته‌ها نشان می‌دهند که چگونه برخی گیاهان الگوهای جوانه‌زنی خود را برای اجتناب از شرایط سخت تابستانی سازگار می‌کنند که با دیدگاه سنتی که نور را تحریک‌کننده جوانه‌زنی می‌دانست، متفاوت است.
میرای گفت: «به نظر می‌رسد برخی گیاهان جوانه‌زنی خود را برای سازگاری با اقلیم‌های خاص تغییر داده‌اند.»
مطالعه همچنین نشان داد که گرما و خشکی تابستان خواب را پایان می‌دهند و بذرها را برای شرایط مطلوب آماده می‌کنند.
تحقیقات در حال انجام
محققان قصد دارند بررسی کنند که آیا مکانیزم‌های مشابه در سایر گیاهان نیز وجود دارد که می‌تواند تأثیرات قابل توجهی برای مقاومت محصولات کشاورزی در برابر اقلیم‌های گرم‌تر داشته باشد.
میرای نتیجه‌گیری کرد: «یافته‌های ما می‌تواند برای تولید محصولات جدیدی که بهتر به اقلیم‌های گرم‌تر و دماهای پیوسته در حال افزایش سازگار هستند، به کار رود.»
کدام گیاهان از خواب بذر استفاده می‌کنند؟
خواب بذر یک استراتژی بقا است که در طیف گسترده‌ای از گونه‌های گیاهی استفاده می‌شود و هر کدام به نیش‌های اکولوژیک منحصر به فرد خود سازگار شده‌اند.
درختان
درختانی مانند بلوط، کاج و افرا از خواب بذر استفاده می‌کنند تا جوانه‌زنی را در زمان بهینه برای رشد تضمین کنند.
علف‌ها
چندین گونه علف، از جمله علف‌های وحشی و برخی انواع کشت‌شده مانند گندم و جو، نیز از خواب بذر برای جلوگیری از جوانه‌زنی در شرایط نامطلوب استفاده می‌کنند.
حبوبات
گیاهان خانواده حبوبات، مانند نخود، لوبیا و شبدرها، اغلب پوشش‌های سخت بذر دارند که به خواب بذر کمک می‌کند.
گل‌های وحشی
بسیاری از گونه‌های گل وحشی، مانند لوپین‌ها و شقایق‌ها، خواب بذر را نشان می‌دهند تا اطمینان حاصل کنند که در شرایط ایده‌آل برای بقا جوانه می‌زنند.
بوته‌ها
انواع مختلف بوته‌ها، از جمله بوته‌های جنس Rosa (رزها) و Rubus (تمشک و شاه‌توت)، نیز از خواب بذر برای هماهنگ‌سازی جوانه‌زنی با شرایط محیطی مطلوب استفاده می‌کنند.
این مطالعه در مجله Current Biology منتشر شده است.
