دو تغییر کوچک میتواند تولید جهانی غذا را متحول کند
به گزارش «سایتکدیلی» (SciTechDaily)، گیاهان برای رشد به نیتروژن نیاز دارند و بیشتر گونههای زراعی این عنصر را تنها از طریق کود دریافت میکنند. با این حال، گروه کوچکی از گیاهان، از جمله نخود، شبدر و لوبیا، میتوانند بدون نیتروژن افزوده رشد کنند. این گیاهان میزبان باکتریهایی هستند که در همکاری با ریشههای آنها زندگی میکنند و نیتروژن موجود در هوا را به شکلی تبدیل میکنند که گیاه قادر به استفاده از آن باشد.
پژوهشگران در سراسر جهان اکنون در حال بررسی فرایندهای مولکولی و ژنتیکی پشت این توانایی طبیعی هستند، با این امید که در نهایت بتوان آن را به محصولات غذایی اصلی مانند گندم، جو و ذرت منتقل کرد.
اگر این ویژگی با موفقیت منتقل شود، این محصولات میتوانند از نظر نیتروژن خودکفا شوند. در نتیجه، تقاضا برای کود مصنوعی کاهش خواهد یافت. کودهای مصنوعی در حال حاضر حدود دو درصد از کل مصرف انرژی جهان را به خود اختصاص میدهد و مقدار قابل توجهی دیاکسید کربن تولید میکند.
یک کلید مولکولی که همزیستی را کنترل میکند
دانشمندان دانشگاه آرهوس تغییرات کوچک، اما بسیار مهمی را در گیرندههای گیاهی شناسایی کردهاند که تعیین میکند آیا سیستم ایمنی گیاه برای مدت زمانی کافی خاموش میشود تا به باکتریهای تثبیت کننده نیتروژن اجازه برقراری همکاری با گیاه داده شود یا نه.
گیاهان از گیرندههایی روی سطح سلولهای خود برای شناسایی سیگنالهای شیمیایی میکروارگانیسمهای موجود در خاک استفاده میکنند.
برخی باکتریها ترکیباتی آزاد میکنند که به گیاه میفهماند «دشمن» هستند و در نتیجه پاسخ دفاعی فعال میشود. برخی دیگر سیگنالهایی ارسال میکنند که نشان میدهد «دوست» هستند و قادرند مواد غذایی فراهم کنند.
گیاهان تیره باقلائیان (لگومها) مانند نخود، لوبیا و شبدر، باکتریهای مفید را به درون ریشههای خود میپذیرند. در داخل این بافتهای ریشهای، باکتریها نیتروژن هوا را تثبیت کرده و آن را با گیاه به اشتراک میگذارند. این همکاری «همزیستی» نام دارد و توضیح میدهد که چرا لگومها میتوانند بدون کود اضافی رشد کنند.
پژوهشگران دانشگاه آرهوس دریافتند که این توانایی به شدت تحت تاثیر دو اسید آمینه مشخص قرار دارد؛ این دو اسید آمینه واحدهای سازنده کوچکی هستند که در پروتئینی واقع در ریشه گیاه وجود دارند.
سیمونا رادوتویو میگوید: «این یک یافته شگفتانگیز و بسیار مهم است».
این پروتئین موجود در ریشه بهعنوان یک «گیرنده» عمل میکند که سیگنالهای باکتریها را میخواند و تصمیم میگیرد آیا سیستم ایمنی (زنگ خطر) فعال شود یا اجازه همزیستی داده شود.
شناسایی تعیینکننده همزیستی ۱
این گروه پژوهشی ناحیه کوچکی را در پروتئین گیرنده شناسایی کرد که «تعیینکننده همزیستی ۱» (Symbiosis Determinant ۱) نام دارد. این ناحیه مانند یک کلید عمل میکند که کنترل میکند چه پیامی در داخل سلول گیاهی ارسال شود.
با تغییر تنها دو اسید آمینه در این کلید، پژوهشگران توانستند گیرندهای را که معمولا پاسخ ایمنی را فعال میکرد، به گیرندهای تبدیل کنند که در عوض همزیستی با باکتریهای تثبیتکننده نیتروژن را آغاز میکند.
رادوتویو توضیح میدهد: «ما نشان دادهایم که دو تغییر کوچک میتوانند باعث شوند گیاه رفتار خود را در یک نقطه حیاتی تغییر دهد؛ به این ترتیب که به جای طرد کردن باکتریها با آنها همکاری کند».
گسترش این دستاورد به محصولات عمده کشاورزی
در آزمایشهای آزمایشگاهی، پژوهشگران با موفقیت گیاه «آهوماش ژاپنی» (Lotus japonicus) را اصلاح کردند. سپس همین رویکرد را بر گیاه جو اعمال کردند و همان اثر را مشاهده کردند.
«کاسپر رویکیائر اندرسن» میگوید: «واقعا قابل توجه است که اکنون میتوانیم یک گیرنده را از جو بگیریم، تغییرات کوچکی در آن ایجاد کنیم و سپس تثبیت نیتروژن دوباره امکانپذیر شود».
پیامدهای بالقوه این کشف بسیار گسترده است. اگر این اصلاح بتواند به غلاتی که به طور گسترده کشت میشوند منتقل شود، ممکن است روزی بتوان گندم، ذرت یا برنجی پرورش داد که خودشان قادر به تثبیت نیتروژن باشند، مشابه آنچه در لگومها دیده میشود.
با این حال، رادوتویو هشدار میدهد: «ما هنوز باید کلیدهای ضروری دیگر را پیدا کنیم».
او میافزاید: «در حال حاضر تنها تعداد بسیار کمی از محصولات زراعی قادر به انجام همزیستی هستند. اگر بتوانیم این توانایی را به محصولات پرمصرف گسترش دهیم، واقعا میتواند تفاوت بزرگی در میزان نیتروژنی که باید استفاده شود ایجاد کند».
انتهای پیام/