تیم تحقیقاتی تحت رهبری دانشگاه APurdue ترجمه زبان مولکولی پیچیده گل اطلسی را آغاز کرده است. با این حال، دستور زبان و واژگان آنها به خوبی در پروتئین های بیشمار و سایر ترکیباتی که سلول های گل را پر می کنند، پنهان است.
داستان از استیو کپس
گیاهان از آنجا که ریشه در زمین دارند، نمی توانند از حشرات، عوامل بیماری زا یا سایر تهدیدات برای بقای خود فرار کنند. اما دانشمندان گیاه‌شناسی مدت‌هاست می‌دانند که از طریق مواد شیمیایی معطر به نام ترکیبات آلی فرار، هشدارهایی را برای یکدیگر ارسال می‌کنند.
ناتالیا دوداروا، استاد برجسته بیوشیمی و باغبانی و معماری منظر در پوردو گفت: «آنها از مواد فرار استفاده می کنند زیرا نمی توانند صحبت کنند. “گیاهان گیاهان همسایه را در مورد حملات پاتوژن آگاه می کنند. تقریباً شبیه ایمن سازی به نظر می رسد. در شرایط عادی، هیچ تغییری در گیاه گیرنده مشاهده نمی شود. اما به محض اینکه گیاه گیرنده آلوده شود، بسیار سریعتر پاسخ می دهد. برای پاسخ آماده است. “
دانشمندان گیاهی مدت‌هاست که از این پرایمینگ شبه ایمن‌سازی می‌دانستند، اما تا چند سال پیش، هیچ راهی برای مطالعه این فرآیند نداشتند. آنها به نشانگری نیاز داشتند که نشان دهد گیاهان ترکیبات فرار را شناسایی کرده اند.
دوداروا و 13 نویسنده مشترک جزئیات جدیدی از فرآیند تشخیص را در شماره 22 مارس 2024 مجله Science شرح می دهند. این تیم شامل محققانی از پوردو است. Université Jean Monnet Saint-Etienne در فرانسه؛ و دانشگاه کالیفرنیا، دیویس.
دانشمندان اطلاعات کمی در مورد گیرنده های گیاهی برای مواد فرار دارند. دوداروا گفت که پستانداران و حشرات نیز آنها را دارند، اما نحوه درک آنها از مواد فرار آنقدر متفاوت است که به محققان در مطالعه این فرآیند در گیاهان کمک می کند.
یک تیم تحقیقاتی به رهبری دانشمندان دانشگاه پردو جزئیات جدیدی در مورد نحوه استفاده گل اطلسی از ترکیبات آلی فرار برای برقراری ارتباط مستند کرده است. (توسط تام کمبل)
در سال 2019، در مجله Nature Chemical Biology، دوداروا و همکارانش کشف یک فرآیند فیزیولوژیکی جدید را منتشر کردند، ” بخور طبیعی به عنوان مکانیزمی برای انتقال فرار بین اندام های گل”. این مطالعه توضیح داد که چگونه لوله‌های گل یک گیاه ترکیبات فرار تولید می‌کنند تا کلاله آنها، بخشی از مادگی که گرده‌ها را جمع‌آوری می‌کند، استریل کنند تا در برابر حمله عوامل بیماری‌زا محافظت کنند.
دوداروا گفت: “قندهای زیادی روی کلاله وجود دارد، به خصوص در گل اطلسی. این بدان معناست که باکتری ها بدون وجود این مواد فرار بسیار خوب رشد می کنند.” اما اگر کلاله مواد فرار تولید شده توسط لوله را دریافت نکند، کوچکتر نیز خواهد بود.
شانون استرلینگ، نویسنده ارشد این مطالعه، دانشجوی دکترای باغبانی و معماری منظر در پوردو، گفت که اندازه‌گیری‌های انجام‌شده از عکس‌ها تفاوت‌های آماری را در اندازه کلاله در مواجهه با مواد فرار نشان داد. او گفت: «می توانید ببینید که این یک روند ثابت است. هنگامی که به اندازه کافی کلاله ها را بررسی کردید، می توانید با چشم متوجه شوید که تفاوت جزئی در اندازه وجود دارد.
همراه با دستکاری ژنتیکی پروتئین‌های بالقوه درگیر، کار به‌طور شگفت‌انگیزی نشان داد که یک مسیر سیگنال‌دهی شبیه به کارریکین نقش کلیدی در سیگنال‌دهی سلولی گل اطلسی ایفا می‌کند.
استرلینگ گفت: “کاریکین ها توسط گیاهان تولید نمی شوند.” آنها زمانی تولید می شوند که گیاهان می سوزند و گیاهان ما هرگز در معرض دود یا آتش قرار نگرفته اند.
این تیم همچنین اهمیت مسیر کارریکین مانند در تشخیص سسکوی ترپن های فرار را ثبت کردند. بسیاری از گیاهان از سسکوی ترپن ها برای برقراری ارتباط با گیاهان دیگر، از جمله عملکردهای دیگر، استفاده می کنند.
با کمال تعجب، گیرنده کارریکین شناسایی شده توانایی درک انتخابی سیگنال از یک نوع ترکیب سسکوئی ترپن را نشان داد، اما تصویر آینه ای آن را نداشت، ویژگی به نام «استریوویژگی». متیو برگمن، محقق فوق دکترا در بیوشیمی در پوردو، گفت که این گیرنده برای این ترکیب بسیار انتخابی است.
برگمن می گوید: «این گیاه ترکیبات فرار مختلف زیادی تولید می کند و در معرض بسیاری از مواد دیگر قرار می گیرد. “این کاملاً قابل توجه است که چقدر این گیرنده منحصراً برای این سیگنال ارسال شده از لوله ها انتخابی و اختصاصی است. چنین ویژگی تضمین می کند که هیچ سیگنال فرار دیگری دریافت نمی شود. هیچ سیگنال نادرستی وجود ندارد.”
برای استرلینگ، این مطالعه مستلزم تسلط بر روشی پر زحمت برای تغییر موقت سطح پروتئین‌های مادگی گل اطلسی برای شناسایی برهم‌کنش‌های پروتئین گیرنده سیگنال بود. او گفت: “ماده ها و کلاله ها کوچک هستند. کار با آنها به دلیل اندازه آنها کمی دشوار است.” حتی مقدار زیادی کلاله که برای گرفتن نمونه کافی برای هر چیزی نیاز دارید، بسیار زیاد است، زیرا وزن زیادی ندارند.
این روش شامل تزریق گونه خاصی از باکتری به کلاله برای معرفی ژن های مورد نظر و سپس جداسازی پروتئین های به دست آمده بود.
برگمن خاطرنشان کرد: دستکاری چنین اندام کوچکی کار آسانی نیست. “اما شانون توانست به آرامی کلاله را با یک سرنگ خار کند و با این باکتری بسیار ظریف به آن نفوذ کند. او در این کار کاملاً متخصص است.”
گل اطلسی‌ها اغلب رنگ‌های روشن و بوی خوبی دارند، اما دانشمندان پوردو نیز برای آنها ارزش قائل هستند، زیرا آنها به عنوان یک سیستم مدل بارور برای تحقیقات خود عمل می‌کنند.
برگمن گفت: «آنها تا کنون بسیار پرثمر بوده اند.
این کار توسط بنیاد ملی علوم، موسسه ملی غذا و کشاورزی USDA و موسسه ملی بهداشت تامین شده است.
منبع: ag.purdue.edu