به نقل از scitechdaily، برای نخستین بار، دانشمندان کشف کرده اند که یک ترکیب شیمیایی که معمولاً با متابولیسم گیاه مرتبط است، می تواند عملکرد یک پروتیین حساس به نور را بازبرنامه ریزی کند. این ارتباط غیرمنتظره که در نشریه Nature Communications منتشر شده، گامی مهم در درک عملکرد مولکولی گیاهان به شمار می رود.

اریک گروت وُلد، استاد بنیاد پژوهشی دانشگاه ایالتی میشیگان و یکی از نویسندگان این مطالعه، می گوید: در آینده می توان از این سازوکار برای تنظیم دقیق رشد، توسعه و واکنش های گیاه به تنش های محیطی استفاده کرد. او افزود: این کشف می تواند منجر به تولید محصولاتی شود که در برابر تنش های نوری مقاوم تر بوده و نور را به طور مؤثرتری مصرف کنند بدون اینکه صرفاً به تغییرات محیطی وابسته باشند.

اگرچه نور خورشید برای گیاهان ضروری است، اما تابش بیش ازحد می تواند آسیب زا باشد به طوری که نور شدید ممکن است مانند آفتاب سوختگی به گیاه آسیب بزند. برای محافظت از خود، گیاهان ترکیباتی مانند فلاونوییدها و رنگدانه ها تولید می کنند که نقش ضدآفتاب طبیعی را ایفا می کنند. این ترکیبات تخصصی، همانند موادی که آفات را دفع یا گرده افشان ها را جذب می کنند، مزیت تکاملی برای گیاهان فراهم می سازند.

در ابتدا، تیم گروت وُلد در حال بررسی گونه های جهش یافته گیاه مدل Arabidopsis بودند که قادر به تولید یکی از آنزیم های مهم فلاونوییدی نبودند. در جریان آزمایش ها، آن ها متوجه شدند که یکی از انواع جهش یافته در برابر نوع خاصی از نور دچار مشکلات جدی در رشد می شود در حالی که نمونه های طبیعی و سایر جهش یافته ها در همان شرایط سالم باقی می ماندند.

عامل این اختلال، ترکیبی به نام نارینژنین چالکون (NGC) بود. این مولکول معمولاً در مسیر متابولیکی تولید فلاونوییدها ساخته می شود، اما به دلیل فقدان آنزیم کلیدی در گیاه جهش یافته، NGC در سلول ها تجمع یافته بود.

با ایجاد هزاران گونه جهش یافته از Arabidopsis و پرورش آن ها در شرایط نوری سخت، تیم تحقیقاتی توانست تعدادی گیاه را شناسایی کند که بدون نقص رشد می کردند. وجه مشترک این نمونه های موفق، جهش در ژنی به نام UVR8 بود — پروتیینی که معمولاً نور فرابنفش (UV-B) را تشخیص می دهد.

آزمایش های بیوشیمیایی نشان دادند که NGC با UVR8 تعامل فیزیکی برقرار کرده و آن را بازبرنامه ریزی می کند، به طوری که حتی بدون حضور نور فرابنفش، سیگنال های تنظیم رشد ارسال می شود.

تا پیش از این، چنین ارتباطی بین متابولیسم تخصصی و گیرنده های نوری شناخته نشده بود. نان جیانگ، نویسنده اصلی مقاله و پژوهشگر سابق گروه گروت وُلد که اکنون استاد دانشگاه هاوایی است، گفت: ما از این کشف شگفت زده شدیم — اینکه یک واسطه متابولیکی مانند NGC بتواند عملکرد پروتیینی حساس به نور مانند UVR8 را مستقیماً تنظیم کند.

او افزود: این نوع گفت وگو بین متابولیسم تخصصی و سیگنال دهی گیرنده های نوری، دیدگاه کاملاً جدیدی درباره نحوه ادغام وضعیت متابولیکی با درک محیطی در گیاهان ارائه می دهد.

در فیزیولوژی گیاه، می توان UVR8 را مانند بازیگری در صحنه نمایش و NGC را مانند عوامل پشت صحنه دانست. NGC معمولاً در پشت پرده فعالیت می کند، در حالی که UVR8 فقط در پاسخ به نور فرابنفش وارد عمل می شود. اما در این کشف، به نظر می رسد که عوامل پشت صحنه حالا نقش کارگردان را ایفا می کنند.

خوش شانسی این بود که گروت وُلد برای شناخت بیشتر UVR8 نیازی به جست وجوی دور نداشت همکارش رابرت لَست، استاد برجسته دانشگاه، سال ها پیش این پروتیین را برای نخستین بار جدا کرده بود. او گفت: دو دهه پیش، UVR8 آخرین نوع گیرنده نوری در گیاهان بود که نمی شناختیم گیرنده ای برای نور فرابنفش نوع B. دیدن این تعامل جدید و غیرمنتظره واقعاً هیجان انگیز است.

به گفته گروت وُلد، این ارتباط مولکولی غیرمنتظره می تواند به گیاهان کمک کند تا سیگنال های نوری را بهتر در فرآیند رشد خود ادغام کنند. او توضیح داد: اگر فقط با نور UV به گیاه تابش کنید، تقریباً کشنده است اما اگر شدت آن را صد برابر افزایش دهید در کنار نور سفید، گیاه کاملاً می داند چگونه با آن کنار بیاید.

او افزود: ما فکر می کنیم NGC دقیقاً همین کار را می کند ادغام سیگنال های نوری با سیگنال های رشد و توسعه.

این یافته ها افق های جدیدی برای اصلاح گیاهان بر اساس نور گشوده اند. با تغییر توانایی گیاه در درک نور و تولید ترکیبات خاص، می توان محصولاتی تولید کرد که در شرایط کم نور یا محیط های سخت بهتر رشد کنند یا در برابر عوامل بیماری زا واکنش مؤثرتری نشان دهند.

نان جیانگ در پایان گفت: این پژوهش لایه ای جدید از پیچیدگی تنظیمی را آشکار می کند. نشان می دهد که گیاهان می توانند از مولکول های کوچک نه فقط به عنوان محصولات نهایی یا ترکیبات دفاعی، بلکه به عنوان پیام رسان های سیگنالی برای تنظیم دقیق فرآیندهای فیزیولوژیکی مانند رشد و توسعه استفاده کنند.