يكتشف العلماء آلية نباتية غير معروفة سابقًا – وقد يكون تأثيرها هائلاً

يمكن أن يمهد هذا الاكتشاف الطريق لتطوير محاصيل أكثر استدامة قادرة على تحمل الظروف البيئية القاسية.

يجد العلماء أن الناتج الانتصافي في أرابيدوبسيس مدفوعة بتثبيط ترجمة الجسم بوساطة P.

اكتشف ألبرت كايرو وكاريل ريها وزملاؤهم آلية غير معروفة سابقًا لإعادة برمجة التعبير الجيني أثناء الانتقال عندما تتمايز خلية إلى أخرى. تحدث الآلية في نهاية الانقسام الاختزالي ، وهو انقسام خلوي متخصص ضروري للتكاثر الجنسي ، ويسمح للخلايا الجرثومية وحبوب اللقاح بالتمييز.

تتضمن هذه الآلية التوطين الديناميكي للمكونات التنظيمية الأساسية في المكثفات داخل الخلايا التي تشبه قطرات السائل. ترتبط هذه العملية ارتباطًا مباشرًا بإنتاج البذور وقد توفر طرقًا جديدة لتوليد محاصيل أكثر استدامة قادرة على تحمل الظروف البيئية القاسية. تم نشر النتائج مؤخرًا في المجلة المرموقة العلم.

زهرة كاتربيلر حقلية تم التقاطها بواسطة المجهر الضوئي. الائتمان: معهد أوروبا الوسطى للتكنولوجيا – جامعة مصاريك

الخلايا ليست أشياء ثابتة. يغيرون من نوع إلى آخر. يؤثر تنشيط مجموعة معينة من الجينات على كيفية تخصص الخلايا في أداء مهام محددة ومتى تنقسم أو تتمايز. يستخدم علماء بيولوجيا الخلية مثل ألبرت كايرو وكاريل ريها مجموعة من الأساليب العلمية المتطورة لدراسة العالم الدقيق للنبات. تخضع بيولوجيا الخلية حاليًا لثورة ، مع امتداد المنظور التقليدي للتنظيم الخلوي إلى آفاق جديدة.

“نحن نعلم الآن أن الخلية لا تحتوي فقط على عضيات تقليدية محاطة بالغشاء ، ولكن العديد من العمليات الجزيئية محصورة داخل عضيات عديمة الغشاء أقل تحديدًا ، والمعروفة أيضًا باسم المكثفات الجزيئية الحيوية (المكثفات الحيوية). على مدى السنوات العشر الماضية ، بدأ الاعتراف بأهمية هذه المكثفات الحيوية. نحن الآن نساهم في هذا المجال من خلال إظهار كيف يتشكل نوع معين من التكثيف الحيوي في نهاية الانقسام الاختزالي ويثبط تخليق البروتين “، يوضح ألبرت كايرو ، المؤلف الأول لهذا البحث.

ويضيف كايرو: “هذا ، من ناحية ، يضع حدًا للعمليات الانتصافية ، لكنه من ناحية أخرى ، يمثل بداية جيل مختلف وراثيًا من الخلايا”. لكن هذا ليس كل شيء. يعتقد فريق البحث أن الآليات المماثلة تعمل أيضًا في الكائنات الحية الأخرى والإعدادات الخلوية ، بما في ذلك تمايز الخلايا أو استجابات الإجهاد.

يمكن أن يكون لاكتشاف أعضاء معمل كاريل ريحا تأثير مجتمعي هائل.

ألبرت القاهرة وكاريل ريحا. الائتمان: معهد أوروبا الوسطى للتكنولوجيا – جامعة مصاريك

“نحن نعيش في حالة طوارئ مناخية. على الرغم من أن النباتات يمكن أن تكافح ضد مجموعة متنوعة من الضغوط ، بما في ذلك درجات الحرارة المرتفعة والجفاف ، إلا أن تطورها وتكاثرها يمكن أن يضعف بشدة. هذا يعني أننا نخاطر بتخفيض كبير في غلة المحاصيل ، فقط عندما نحتاج إلى زيادة الغلة لتلبية الاحتياجات البشرية. وهذا هو السبب في أن البحث عن النباتات يجب أن يكون الآن أحد الأولويات ، “كما يقول المؤلف المقابل ورئيس مجموعة البحث كاريل ريها.

تتمثل المهمة الرئيسية للمختبر في إلقاء الضوء على العمليات البيولوجية الأساسية المرتبطة ارتباطًا وثيقًا بتكاثر النبات وتكوين البذور ، والتي تؤدي في العديد من المحاصيل إلى إنتاجية.

تظهر نتائج البحث أن المكثفات الجزيئية الحيوية تلعب دورًا مهمًا في خصوبة النبات وأن سلوكها من المحتمل أن يكون مرتبطًا بالإجهاد البيئي. لذلك من الواضح أن اكتشافنا هو الخطوة الأولى نحو تطوير حلول جديدة تسمح بإنتاج زراعي مستدام في ظروف أكثر صعوبة ، يشرح ألبرت كايرو.

الأساليب الفنية التي كان على الفريق القيام بها رائعة حقًا ، ونشر هذا البحث في العلم يطمئن أن مختبر ريحا يسير في الاتجاه الصحيح.

طريق الاكتشاف

دراسة الانقسام الاختزالي في النبات النموذجي نبات الأرابيدوبسيس thaliana صعب بشكل خاص. ركز فريق البحث على خلايا نادرة وغير عادية مخبأة في براعم أزهار صغيرة من 0.1 إلى 0.4 ملم. بالإضافة إلى ذلك ، تحدث خطوات التقسيم الانتصافي التي هي محور الدراسة بسرعة – تستغرق العملية برمتها من خمس إلى ست ساعات. لذلك ، ليس من السهل التقاطها. يجب أن يستخدم فريق البحث أحدث التقنيات وقدرًا كبيرًا من الإبداع والخيال لدراسة هذه العملية.

اضطر فريق ريحا إلى تهيئة الظروف للتصوير الحي للقسم الانتصافي داخل العضو الآخر (جزء السداة الذي يحتوي على حبوب اللقاح). استخدم الفريق الفحص المجهري المتقدم وأصبح أحد مختبرين في العالم قادرين على مراقبة الانقسام الاختزالي للنبات. الخبرة الأساسية الأخرى التي اكتسبها الفريق هي إتقان تقنية البروتوبلاست. البروتوبلاست هي خلايا نباتية معزولة تم تجريدها من جدار الخلية المحيط بها ، مما يسهل معالجتها وراثيًا وتصورها تحت المجهر. سمحت هذه التقنية للفريق بتوضيح بعض المشكلات بسرعة وكفاءة أكبر من استخدام الخلايا الانتصافية.

قدمت Anna Vargova مساهمة كبيرة في فهم الآلية المعقدة الموصوفة حديثًا. قدمت بافلينا ميكولكوفا خبرتها وقدمت يدها السحرية أثناء تصوير الخلية الحية للانقسام الاختزالي باستخدام مجهر لايت شيت. كان فريق البحث مدعومًا بمنصة CEITEC CELLIM ومنصة Phytotechnic Platform. استغرق البحث أكثر من ثماني سنوات وتم تمويله من خلال مشروع منحة REMAP من وزارة التعليم والشباب والرياضة التشيكية. “سيكون من الصعب للغاية تطوير مثل هذا المشروع المعقد بدون التمويل طويل الأجل لدينا. في الواقع ، شعرنا في وقت ما أن حدودنا كانت مجرد خيالنا ، وأعتقد أن هذا كان حاسمًا لاكتشافنا البعيد المدى ، “يقول ألبرت كايرو.

المرجع: “Meiotic output in أرابيدوبسيس مدفوعة بتثبيط الترجمة بوساطة P-body “لألبرت كايرو ، وآنا فارجوفا ، ونيها شوكلا ، وكلاوديو كابيتاو ، وبافلينا ميكولكوفا ، وسونا فالوتشوفا ، وجانا بيسينكوفا ، وبيترا بولانكوفا ، وكاريل ريها ، 4 أغسطس 2022 ، العلم.
DOI: 10.1126 / science.abo0904

ومن المثير للاهتمام أن هذا المشروع لم يتضمن أي تعاون خارجي ، وهو أمر غير معتاد بالنسبة لمعاهد البحث الدولية مثل CEITEC. في هذه الحالة ، كان فريق البحث يسير في اتجاه جديد تمامًا واختتم البحث حصريًا من قبل أعضاء مجموعة أبحاث Karel Riha.