كشفت دراسة أجرتها جامعتا بون وميتشغان، أن قدرة نباتات معينة على النجاة من الجفاف المطول والانتعاش بعد هطول الأمطار، ترجع إلى شبكة واسعة من الجينات، وليس "الجين المعجزة" فقط.
أجرى علماء من جامعتي بون وميتشغان تحليلاً شاملاً لجينوم نبات يتحمل الجفاف. وجدت الدراسة أن أنواعاً نباتية معينة تمتلك القدرة على تحمل فترات طويلة بدون ماء، وتعود لتجديد شبابها في حالتها الخضراء بعد هطول أمطار طفيفة. وقد كشفت هذه الدراسة المشتركة أن هذه السمة الفريدة لا تنبع من "جين معجزة" واحد. بدلاً من ذلك، فإن هذه المرونة هي نتيجة شبكة مترابطة من الجينات، يمكن العثور على معظمها أيضاً في أصناف نباتية أقل مقاومة.
قام الباحثون بفحص دقيق لنوع تمت دراسته على نطاق واسع في جامعة بون، وهو نبات القيامة المعروف علمياً باسم Craterostigma plantagineum. يعكس اسم النبات بشكل مناسب قدرته على العودة على ما يبدو من الموت خلال فترات الجفاف. على الرغم من أنه يبدو بلا حياة بعد أن تحمل أشهراً من ندرة المياه، إلا أن هذا النبات الرائع لا يتطلب سوى كمية صغيرة من الماء للعودة إلى الحياة، ومن هنا اكتسب اسمه: نبات القيامة.
توضح الأستاذة الدكتورة دوروثيا بارتلز من معهد الفيزيولوجيا الجزيئية والتكنولوجيا الحيوية للنباتات (IMBIO) في جامعة بون: "في معهدنا، ندرس كيفية قيام النبات بهذا العمل لسنوات عديدة".
تشمل اهتماماتها دراسة الجينات المسؤولة عن تحمل الجفاف. أصبح من الواضح بشكل متزايد أن هذه القدرة ليست نتيجة "جين معجزة" واحد. بدلاً من ذلك، هناك عدد كبير من الجينات المتضمنة، ومعظمها موجود أيضاً في الأنواع التي لا تتكيف بشكل جيد مع الجفاف.
في الدراسة الحالية، حلل فريق بارتل، بالاشتراك مع باحثين من جامعة ميشيغان (الولايات المتحدة الأمريكية)، الجينوم الكامل لـنبات القيامة. وهو مبني بشكل معقد للغاية: في حين أن معظم الحيوانات لديها نسختان من كل كروموسوم - واحدة من الأم، وواحدة من الأب – يمتلك هذا النبات المدروس ثمانية. يسمى هذا الجينوم "ثماني الأضعاف" أيضاً بالأخطبوط. في المقابل، نحن البشر نملك جينات ثنائية الصبغة.
يقول بارتلز: "يمكن ملاحظة مثل هذا التكاثر في المعلومات الجينية في العديد من النباتات التي تطورت في ظل ظروف قاسية". لكن لماذا يحدث هذا؟ السبب المحتمل: إذا كان الجين موجوداً في ثماني نسخ بدلاً من نسختين، فيمكن من حيث المبدأ أن تكون قراءته أسرع أربع مرات. وبالتالي يمكن لجينوم الأخطبوط أن يمكّن من إنتاج كميات كبيرة من البروتين المطلوب بسرعة كبيرة. يبدو أن هذه القدرة مهمة أيضاً لتطوير تحمل الجفاف.
في نبات القيامة، يتم تكرار بعض الجينات المرتبطة بقدر أكبر من التحمل للجفاف. وتشمل هذه ما يسمى ELIPs – وهو اختصار للـ "البروتينات المحفزة للضوء في وقت مبكر"، حيث يتم تشغيلها بسرعة عن طريق الضوء وتحمي من الإجهاد التأكسدي. تحدث بنسخ أعداد عالية في جميع أنواع النباتات التي تتحمل الجفاف. يوضح بارتلز: "يحتوي نبات القيامة على ما يقرب من 200 جين ELIP متطابقة تقريباً وتقع في مجموعات كبيرة من عشر أو عشرين نسخة على كروموسومات مختلفة". لذلك يمكن أن تعتمد النباتات التي تتحمل الجفاف على شبكة واسعة من الجينات التي يمكنها تنظيمها بسرعة في حالة حدوث جفاف.
عادة ما يكون للأنواع الحساسة للجفاف نفس الجينات - وإن كان ذلك بأعداد أقل من النسخ. هذا أيضاً ليس مفاجئاً: غالباً ما تظل بذور وحبوب اللقاح لمعظم النباتات قادرة على الإنبات بعد فترات طويلة بدون ماء. لذلك لديهم أيضاً برنامج وراثي للحماية من الجفاف. "ومع ذلك، يتم إيقاف تشغيل هذا البرنامج عادةً عند الإنبات ولا يمكن إعادة تنشيطه بعد ذلك" يوضح عالم النبات. "أما في نباتات القيامة فهي بالمقابل تبقى نشطة".
تحمل الجفاف
إذاً، فإن تحمل الجفاف أمر "يمكن أن تفعله" الغالبية العظمى من النباتات. ربما ظهرت الجينات التي تمنح هذه القدرة في وقت مبكر جداً من مسار التطور. ومع ذلك، فإن هذه الشبكات أكثر كفاءة في الأنواع التي تتحمل الجفاف، إضافة إلى ذلك، فهي ليست نشطة فقط في مراحل معينة من دورة الحياة.
ومع ذلك، لا تمتلك كل خلية في نبات القيامة نفس "برنامج الجفاف" أيضاً. أظهر ذلك باحثون من جامعة دوسلدورف شاركوا أيضاً في الدراسة. على سبيل المثال، تنشط جينات شبكة الجفاف المختلفة في الجذور أثناء الجفاف أكثر مما يحدث في الأوراق. هذه النتيجة ليست غير متوقعة: فالأوراق، على سبيل المثال، تحتاج إلى حماية نفسها من الآثار الضارة للشمس. تتم مساعدتها في ذلك من خلال جينات ELIPs مثلاً. مع الرطوبة الكافية، يشكل النبات أصباغاً ضوئية تمتص الإشعاع جزئياً على الأقل. هذه الحماية الطبيعية تفشل إلى حد كبير أثناء الجفاف. الجذور، في المقابل، لا داعي أن تقلق بشأن حروق الشمس.
تعمل الدراسة على تحسين فهم سبب معاناة بعض الأنواع من الجفاف. وعلى المدى الطويل، يمكن أن تساهم مثل هذه الدراسات في تكاثر المحاصيل مثل القمح أو الذرة التي تتكيف بشكل أفضل مع الجفاف. في أوقات تغير المناخ، من المرجح أن يزداد الطلب عليها في المستقبل أكثر من أي وقت مضى.
----