يعتقد العلماء أنه من المحتمل أن الجينين ، PEN1 و SYP122 ، مهدوا الطريق لجميع أنواع الحياة النباتية الأرضية.
ألقى الباحثون ضوءًا جديدًا على كيفية قيام الحياة النباتية بتأسيس نفسها على سطح الأرض
باحثون من جامعة كوبنهاغن إلقاء ضوء جديد على كيفية تأسيس الحياة النباتية على سطح كوكبنا. على وجه الخصوص ، أظهروا أن اثنين من الجينات ضروريان للنباتات البرية لحماية نفسها من الهجمات الفطرية – وهي آلية دفاعية يعود تاريخها إلى 470 مليون سنة. ربما مهدت هذه الدفاعات الطريق لجميع أنواع الحياة النباتية الأرضية.
مادس إيجيرت نيلسن ، عالم الأحياء بجامعة كوبنهاغن.
تطورت النباتات من الطحالب المائية إلى القدرة على البقاء على الأرض منذ حوالي نصف مليار سنة ، مما وضع الأساس للحياة على الأرض. كان الفطر أحد العقبات التي جعلت هذا التحول الدراماتيكي صعبًا للغاية:
“تشير التقديرات إلى أنه قبل 100 مليون سنة ، انزلقت الفطريات عبر سطح الأرض بحثًا عن الطعام ، وعلى الأرجح عثرت عليها في الطحالب الميتة التي جرفتها المياه في البحر. لذلك إذا كنت ، كنبات جديد ، ستؤسس نفسك على الأرض و يقول مادس إيجيرت نيلسن ، عالم الأحياء في قسم النباتات والبيئات العلمية من جامعة كوبنهاغن: “أول شيء واجهته كان نوعًا من الفطريات التي ستأكلك ، كنت بحاجة إلى نوع من آلية الدفاع”.
وفقًا لما قاله Mads Eggert Nielsen وزملاؤه الباحثون من قسم علوم النبات والبيئة وجامعة Paris-Saclay ، يمكن اختزال جوهر آلية الدفاع هذه إلى جينين ، PEN1 و SYP122. يساعدان معًا في تكوين نوع من النباتات التي تمنع غزو الفطريات والكائنات التي تشبه الفطريات.
لقد اكتشفنا أنه إذا قمنا بتدمير هذين الجينين في نباتنا النموذجي ، Arabidopsis (Arabidopsis) ، فإننا نفتح الباب أمام دخول الفطريات المسببة للأمراض. لقد وجدنا أنها ضرورية لتشكيل ذلك السدادة الشبيهة بجدار الخلية والتي تحمي ضد الفطريات. من المثير للاهتمام ، أنه يبدو أنه آلية دفاع عالمية موجودة في جميع النباتات البرية “، كما يقول مادس إيجيرت نيلسن ، المؤلف الرئيسي للدراسة ، التي نُشرت في المجلة eLife.
مصدره نبات عمره 470 مليون سنة
اختبر فريق البحث الوظيفة نفسها في نبات الكبد ، وهو سليل مباشر لأحد أقدم النباتات البرية على الأرض. من خلال أخذ الجينين المطابقين في عشبة الكبد وإدخالهما في نبات الأرابيد ، فحص الباحثون ما إذا كان بإمكانهم تحديد التأثير نفسه. كان الجواب نعم.
تجارب على النبات النموذجي Arabidopsis (Arabidopsis) Credit: Mads Eggert Nielsen
“على الرغم من أن العائلتين النباتيتين اللتين تنتمي إليهما نبات الأرابيدوبسيس والنبتة الكبدية قد تطورتا في اتجاهات متباينة قبل 450 مليون سنة ، إلا أنها استمرت في مشاركة الوظائف الجينية. نعتقد أن هذه العائلة من الجينات نشأت لغرض وحيد هو إدارة آلية الدفاع هذه ، وبالتالي كانت إحدى القواعد التي تستند إليها النباتات لتثبت نفسها على الأرض ، “يشرح مادس إيجيرت نيلسن.
تعايش بين النباتات والفطريات
في حين أن الفطريات كانت عقبة أمام النباتات في انتقالها من مرحلة الطحالب البحرية إلى نباتات برية ، إلا أنها كانت أيضًا شرطًا أساسيًا. بمجرد أن تمكنت النباتات من النجاة من هجمات الفطريات التي تسعى إلى أكلها على الأرض ، كانت المشكلة التالية التي واجهتها هي العثور على العناصر الغذائية ، كما يقول مادس إيجيرت نيلسن:
العناصر الغذائية الذائبة مثل الفوسفور والنيتروجين متاحة بسهولة للنباتات في البيئات المائية. لكن قبل 500 مليون سنة ، الأرض كما نعرفها اليوم لم تكن موجودة ، فقط الصخور. بالإضافة إلى ذلك ، من الصعب للغاية على النباتات الحصول على العناصر الغذائية الموجودة في الصخور. لكن ليس للفطر. من ناحية أخرى ، لا يستطيع عيش الغراب إنتاج الكربوهيدرات ، وهذا هو سبب استهلاكه للنباتات. هنا يُعتقد أن علاقة تكافلية بين النباتات والفطريات قد نشأت ، والتي أصبحت فيما بعد أساسًا لانفجار الحياة النباتية الأرضية خلال هذه الفترة.
الهياكل الدفاعية التي تتشكل في النبات لا تقتل النبات أو الفطريات ، إنها ببساطة تمنع الفطريات من الغزو.
“نظرًا لأن الفطر لا يمكن إلا أن يخترق النبات جزئيًا ، فإننا نعتقد أن نقطة التحول تحدث حيث يكون لكل من النبات والفطر شيئًا يكسبه. لذلك ، كان من المفيد الحفاظ على العلاقة مثل النظرية القائلة بأن النباتات ترويض الفطريات لاستعمار الأرض ليس لدينا ، لكننا نقدم العلف الذي يدعم هذه الفكرة ، “يقول مادس إيجيرت نيلسن.
يمكن تطبيقها في الزراعة
تضيف النتائج الجديدة قطعة مهمة إلى لغز تاريخ تطور النبات. والأهم من ذلك ، يمكن استخدامها لجعل المحاصيل أكثر مقاومة للهجوم الفطري ، وهي مشكلة كبيرة للمزارعين.
“إذا كانت جميع النباتات تدافع عن نفسها بنفس الطريقة ، فيجب أن يعني ذلك أن الكائنات الحية الدقيقة المسببة للأمراض – مثل البياض الدقيقي والصدأ المخطط وعفن البطاطس – قد وجدت طريقة للتسلل إلى الداخل.” أو إطفاء أو الهروب من دفاعات مضيفها. نريد أن نعرف كيف يفعلون ذلك. سنحاول بعد ذلك نقل المكونات الدفاعية للنباتات المقاومة إلى النباتات التي تصاب بالمرض ، وبالتالي تحقيق المقاومة “، كما يوضح مادس إيجيرت نيلسن.
يشارك Mads Eggert Nielsen في مشروع بحثي في قسم العلوم النباتية والبيئية بقيادة هانز ثوردال كريستنسن وبدعم من مؤسسة نوفو نورديسك التي تهدف إلى جعل المحاصيل أكثر مرونة من خلال تحديد آليات الدفاع عن النبات التي تحاول الكائنات الدقيقة المسببة للأمراض. لاغلاق.
حقائق إضافية
لطالما تكهن الباحثون بأن الجينات PEN1 و SYP122 تؤديان وظيفة معينة فيما يتعلق بانتقال النباتات من مرحلتها المائية كطحالب إلى نباتات أرضية ، ولكن لم يكن هناك دليل ملموس على ما إذا كانت بالفعل شرطًا أساسيًا للنباتات. القدرات الدفاعية.
أظهرت الدراسات السابقة أنه من خلال القضاء على جين PEN1 ، تفقد النباتات قدرتها على الدفاع ضد فطريات البياض الدقيقي. ومع ذلك ، عند التخلص من الجين المرتبط ارتباطًا وثيقًا ، SYP122 ، لا يحدث شيء. تظهر نتائج البحث الجديدة أن الجينين معًا يمثلان مفتاحًا مهمًا في آلية دفاع النبات.
المرجع: “SYP12 Plant Syntaxins تتوسط الحصانة العامة المحفوظة تطوريًا ضد مسببات الأمراض الخيطية” بقلم هيكتور إم روبياتو ومنجكي ليو وريتشارد جيه أوكونيل ومادس إي نيلسن ، 4 فبراير 2022 ، eLife.
DOI: 10.7554 / eLife.73487
