دی ان ان پنهان در گیاهان اسرار فتوسنتز را فاش می کند
پایگاه خبری DA1news: دانشمندان تنوع ژنتیکی را در DNA ناشناخته کارخانه های فتوسنتزی و انرژی گیاهان آرابیدوپسیس کشف کرده اند که نقش مهمی در کارایی فتوسنتز در گیاهان دارد. این بینش جدید راه را برای محصولات مولدتر و مقاوم در برابر آب و هوا هموار می کند که می تواند به امنیت غذایی پایدار جهانی کمک کند.
به گزارش گروه علمی اخبار روزانه کشاورزی، سلول‌های گیاهی علاوه بر کروموزوم‌های هسته‌شان، حاوی DNA در اندامک‌ها نیز هستند. اینها محفظه های کوچک و تخصصی با عملکردهای خاص مانند کلروپلاست برای فتوسنتز (گرفتن انرژی خورشیدی و CO2 برای تولید قند) و میتوکندری (آزادسازی انرژی از قندها) هستند. هر دو کلروپلاست و میتوکندری هر کدام حاوی حدود 100 تا 150 ژن هستند که پروتئین های ضروری برای عملکرد آنها را کد می کنند.
قلمرو ناشناخته تنوع ژنتیکی اندامکی
برای عملکرد صحیح گیاهان، هماهنگی بهینه بین ژن های کروموزومی، کلروپلاستیک و میتوکندری ضروری است. با این حال، تا کنون، اطلاعات کمی در مورد اهمیت تنوع ژنتیکی اندامکی و چگونگی تأثیر آن بر عملکرد گیاه شناخته شده بود.
محققان دانشگاه و تحقیقات واگنینگن (WUR) در هلند و دانشگاه ایالتی میشیگان در ایالات متحده در حال تغییر آن هستند. در مطالعه‌ای که در دسامبر امسال در وب‌سایت مجله علمی PNAS منتشر شد، آنها نشان دادند که تنوع ژنتیکی در کلروپلاست و DNA میتوکندری نقش کلیدی در تنوع فتوسنتز در گیاهان Arabidopsis thaliana (تال کریس) دارد.
مارک آرتس، پروفسور ژنتیک گیاهی در WUR، که سرپرستی این تحقیق را بر عهده داشت، توضیح می‌دهد: «نقش تنوع در کلروپلاست‌ها و میتوکندری‌ها، به‌ویژه در تولید انرژی و فتوسنتز، چیزی است که قبلاً نمی‌توانست مورد مطالعه قرار گیرد، اما اکنون می‌توان آن را مطالعه کرد.»
تجزیه و تحلیل 240 خط “سایبری” Arabidopsis
برای تحقیقات خود، نویسندگان روش جدیدی را برای تولید به اصطلاح سیبرید در مقیاس بزرگ توسعه دادند. در سیبرید، کلروپلاست‌ها و میتوکندری‌های اصلی با کلروپلاست‌های گیاهی دیگر جایگزین می‌شوند.
آرتس می‌گوید: «با ترکیب کروموزوم‌های یکی از چهار گیاه مختلف آرابیدوپسیس با کلروپلاست و میتوکندری یکی از 60 گیاه دیگر آرابیدوپسیس، توانستیم 240 سیبرید منحصربه‌فرد ایجاد کنیم.
گیاهان مورد استفاده در این مطالعه از طیف گسترده ای از مکان ها در سراسر اروپا، آسیا و آفریقا، محدوده طبیعی Arabidopsis سرچشمه می گیرند.
این اولین بار است که چنین مجموعه بزرگی از سیبریدها تولید می شود. به گفته آرتس، این نشان می‌دهد که این رویکرد می‌تواند برای محصولات کشاورزی نیز اعمال شود و روشی مشابه را برای شرکت‌های اصلاح نباتات در دسترس قرار دهد.
در گذشته مطالعه نقش تغییرات کلروپلاستیک و میتوکندری در تولید انرژی و فتوسنتز در گیاهان بسیار پیچیده و زمان بر بود – اما اکنون این امکان پذیر است.
به سمت فتوسنتز کارآمدتر و رشد گیاه
بازده فتوسنتز گیاهان در مزرعه در مقایسه با پنل های خورشیدی بسیار پایین است. محصولات زراعی به طور متوسط تنها از یک درصد از انرژی خورشیدی که به گیاه می رسد استفاده می کنند. تحقیقات قبلی نشان داده است که این بازده در اصل می تواند پنج تا شش برابر بیشتر باشد. بازگشایی این پتانسیل تمرکز تحقیقات در حال انجام در موسسه Jan IngenHousz در Wageningen است، جایی که دو نفر از نویسندگان مقاله در حال حاضر در آنجا مستقر هستند.
در گذشته، تلاش‌ها برای بهبود فتوسنتز عمدتاً بر استفاده از تنوع ژنتیکی در کروموزوم‌ها متمرکز بود. به گفته مارک آرتس، این کشف امکان اکتشاف و افزایش تولید انرژی و فتوسنتز را برای دانشمندان و پرورش دهندگان گیاهان افزایش می دهد. این می تواند به انواع محصولات آینده کمک کند که برای جذب و استفاده از انرژی برای رشد مطلوب مجهزتر باشند.
آرتس: «افزایش توانایی محصولات کشاورزی برای جذب انرژی خورشیدی و تولید محصول قابل اطمینان تحت شرایط مختلف محیطی برای تغذیه جمعیت رو به رشد جهانی با محصولات مقاوم به آب و هوا و محصولات قوی که به طور پایدار رشد می‌کنند، حیاتی است.»
مرجع:
مارک جی.ام. آرتس و همکاران: فهرست گونه‌ای تنوع اندام‌های Arabidopsis thaliana تنوع فنوتیپی فراوانی را برای عملکرد فتوسنتزی نشان می‌دهد. PNAS; 27 نوامبر 2024, 121 (49) e2414024121. https://doi.org/10.1073/pnas.24140241