دانشمندان گیاه مقاوم در برابر موج گرما و بحران اقلیمی پرورش دادند

یاخته‌هایی به نام فیتوکروم‌ با ایفای نقش دماسنج داخلی به گیاهان کمک می‌کنند افزایش دما در بهار را حس کنند و رشد و گلدهی آن‌ها فعال شود.گیاهان در دماهای زیاد دچار بیماری‌های بیشتری می‌شوند، زیرا سطح ایمنی پایه آن‌ها کاهش می‌یابد.

به گزارش هفت‌گرد، روش‌های کشاورزی امروزی طوری است که در حال حاضر حدود ۴۰ درصد از کل محصولات زراعی در اثر آفات و بیماری‌ها از بین می‌روند. اما با بدتر شدن بحران اقلیمی، چشم‌انداز از این هم بدتر خواهد شد.

با وقوع موج گرما، ممکن است محصولات زراعی از بین بروند و تامین مواد غذایی برای انسان و همچنین پرورش علوفه برای تغذیه دام‌ها و تامین سوخت‌زیستی مورد استفاده در موتور وسایل نقلیه لطمه ببیند.

علاوه بر خشکسالی که با دمای بالا تشدید می‌شود، دستگاه دفاعی گیاهان نیز در اثر گرما به خطر می‌افتند و در برابر حملات عوامل بیماری‌زا و حشرات آسیب‌پذیر می‌شوند.

اکنون محققانی از موسسات ایالات متحده و چین می‌گویند فرآیند دقیق متزلزل شدن ایمنی گیاه بر اثر افزایش دما را شناسایی کرده‌اند و راهی برای متوقف کردن این فرآیند و تقویت دستگاه دفاعی گیاهان در دوره‌های گرما پیدا کرده‌اند.

این محققان روی گیاهی به نام رَشادی گوش‌موشی (thale cress) از خانواده خردل آزمایش‌هایی انجام دادند. این گیاه به‌طور گسترده نقش «موش آزمایشگاهی» را برای محققان گیاه‌شناسی ایفا می‌کند. اگر این یافته‌ها قابل تعمیم به محصولات زراعی معمول باشد، در دوران گرمای شدید می‌تواند به حفظ میزان محصول زیاد کمک کند.

تمرکز این تحقیق روی هورمونی دفاعی به نام اسید سالیسیلیک است. هنگامی‌که گیاهان مورد حمله شکارچیان یا بیماری‌ها قرار می‌گیرند، سطح اسید سالیسیلیک در آن‌ها تا هفت برابر افزایش می‌یابد. این هورمون دستگاه ایمنی گیاه را تقویت کرده و به آن‌ها کمک می‌کند تا با حمله مقابله کنند.

با این حال، گیاهان در دماهای خاص به‌سادگی نمی‌توانند سطح اسید سالیسیلیک خود را افزایش دهند و در نتیجه قادر به دفع عوامل بیماری‌زا یا آفات نیستند. به گفته این محققان، این امر حتی در نتیجه امواج گرمای گذرا نیز اتفاق می‌افتد.

شنگ-یانگ هی، استاد زیست‌شناسی دانشگاه دوک کارولینای شمالی و سرپرست این مطالعه، گفت: «گیاهان در دماهای زیاد دچار بیماری‌های بیشتری می‌شوند، زیرا سطح ایمنی پایه آن‌ها کاهش می‌یابد.»

«بنابراین سعی کردیم بفهمیم گیاهان چگونه گرما را احساس می‌کنند؟ و آیا واقعا می‌توانیم مشکل را برای مقاوم‌سازی گیاهان در برابر گرما حل کنیم؟»

این گروه طی چندین سال کشت گیاهان در دماهای مختلف، یاخته‌هایی به نام فیتوکروم‌ را بررسی کردند که نقش دماسنج داخلی را ایفا و به گیاهان کمک می‌کنند افزایش دما در بهار را حس کنند و رشد و گلدهی آن‌ها فعال شود. آن‌ها سعی کردند گیاهان جهش‌یافته‌ای را که در آن‌ها فیتوکروم‌ها دائما فعال بودند در معرض گرما قرار دهند، اما حتی این گیاهان نیز در دمای بالا عکس‌العمل‌های ایمنی خود را غیرفعال می‌کردند.

بنابراین این محققان راهبرد دیگری در پیش گرفتند و برای مقایسه ژن‌های گیاه در دماهای مختلف از «توالی‌یابی نسل آینده» استفاده کردند.

مشخص شد بسیاری از ژن‌هایی که در دماهای بالا حذف می‌شوند را یک مولکول یعنی ژنی به نام سی‌بی‌پی۶۰جی (CBP60g) تنظیم می‌کند.

محققان گفتند: «ژن سی‌بی‌پی۶۰جی مانند کلید اصلی عملی می‌کند و سایر ژن‌ها را کنترل می‌کند. بنابراین هر چیزی که سی‌بی‌پی۶۰جی را فروتنظیم یا «خاموش» کند خیلی از ژن‌های دیگر را هم خاموش می‌کند و نمی‌توانند پروتئین‌هایی بسازند که به یاخته گیاه امکان می‌دهد اسید سالیسیلیک بسازد.»

این محققان کشف کردند وقتی موج گرما رخ می‌دهد و هوا خیلی گرم شود، «دستگاه یاخته‌ای» لازم برای شروع خوانش دستورهای ژنی در ژن سی‌بی‌پی۶۰جی به صورت مناسب همگذاری نمی‌شود. یعنی دستگاه ایمنی گیاه نمی‌تواند دیگر کار خودش را انجام دهد.

این گروه محققان برای آن که بر این مشکل غلبه کنند، رَشادی گوش‌موشی جهش‌یافته‌ای پرورش داد که ژن سی‌بی‌پی۶۰جی در آن همیشه «روشن» بود و بنابر این توانستند حتی در شرایط تنش گرمایی نیز میزان هورمون دفاعی را بالا نگه دارند و جلو باکتری‌ها را بگیرند.

پروفسور هی در مورد امنیت غذایی در آینده گفت آزمون واقعی این است که آیا راهبردشان برای حفاظت از ایمنی در مورد گیاهان زراعی غذایی هم کارساز است یا نه.

دماهای بالا روی دفاع اسید سالیسیلیکی گیاهان زراعی مانند گوجه فرنگی، کلزا و برنج نیز اثر تعیین‌کننده مشابهی دارد.

این گروه تحقیق گفت آزمایش‌های پیگیری‌ آن‌ها برای حفظ فعالیت ژن سی‌بی‌پی۶۰جی در کلزا نشانگر نتایج نویدبخش مشابهی بود.

پروفسور هی گفت: «توانستیم قدرت کل دستگاه ایمنی گیاهی (در رَشادی گوش‌موشی) در برابر دماهای زیاد را افزایش دهیم.»

«اگر این در مورد گیاهان زراعی هم صادق باشد به‌راستی دستاورد بزرگی است زیرا توانسته‌ایم به سلاح بسیار نیرومندی دست یابیم.»

این گروه پژوهشی که محققان دانشگاه ییل، دانشگاه کالیفرنیا، برکلی و دانشگاه کشاورزی چن هواژونگ چین هم در آن حضور دارند بر اساس کاری که انجام داده‌اند درخواست ثبت اختراع هم داده‌اند.

هم‌زمان بر اثرگذاری منفی بحران اقلیمی بر محصولات زراعی، نگرانی‌های فزاینده وجود دارد که گواهی‌های ثبت اختراع ویرایش ژن مانع دسترسی به ابزارهای مقابله با گرسنگی در جهان شود و قدرت بیشتری هم در اختیار کسب‌‌وکارهای بزرگی قرار دهد که نظام غذایی جهان را کنترل می‌کنند.

این تحقیق در مجله نیچر (nature) منتشر شده است.