تاریخ انتشار : ۱۴۰۳/۰۲/۰۸ ساعت ۱۷:۵۴
کد مطلب : ۴۶۷۶۸۳
گوجه فرنگی‌ها «جهان موازی» خود را دارند
گروه علمی: در کشفی که به نظر می‌رسد از مجموعه «پیشتازان فضا» یا یک فیلم مارولی بیرون آمده باشد، دانشمندان دریافته‌اند که گوجه فرنگی اساسا در یک «جهان موازی» زندگی می‌کند. این کشف زمانی انجام شد که محققان دانشگاه ایالتی میشیگان به تماشای آنچه در بین ریشه‌های گیاه گوجه‌فرنگی رخ می‌دهد، پرداختند.
به گزارش ایسنا، در مطالعه جدیدی که در مجله ساینس ادونسز(Science Advances) منتشر شده است، محققان دریافتند که ریشه‌های گوجه فرنگی دسته منحصر به فردی از متابولیت‌ها به نام آسیل قند را تولید می‌کنند. پیش از این تصور می‌شد که این ترکیبات فقط در موهای تیره روی سطح برگ‌ها و ساقه‌های گوجه فرنگی ساخته می‌شوند که به کرک معروف هستند.
به نقل از اس‌اف، آسیل قندها مولکول‌های تخصصی متشکل از هسته‌های قندی هستند که با زنجیره‌های اسید چرب تزئین شده‌اند. در کرک گوجه فرنگی، این متابولیت‌ها به دفاع از گیاه در برابر آفات کمک می‌کنند. با این حال، آسیل قندهای ریشه کاملا متفاوت از همتایان زیرزمینی خود بودند.
دانشمندان با استفاده از روش‌های شیمی تجزیه و تحلیل پیشرفته، به این نتیجه رسیدند که فراوان‌ترین آسیل قند موجود در ریشه گوجه فرنگی، به جای هسته ساکارز موجود در آسیل قندهای کرک، دارای هسته قندی است که از گلوکز مرتبط با اینوزیتول ساخته شده است. ترکیبات ریشه همچنین دارای زنجیره اسیدهای چرب متمایزی بودند.
راشل کروین(Rachel Kerwin)، نویسنده مطالعه اول، محقق فوق دکتری در یک بیانیه رسانه‌ای می‌گوید: آنچه در مورد این متابولیت‌های تخصصی بسیار قابل توجه است این است که آنها معمولا در سلول‌ها و بافت‌های بسیار دقیق سنتز می‌شوند.
به عنوان مثال آسیل قندها را در نظر بگیرید. آنها را در برگ‌ها یا ساقه‌های یک گیاه گوجه فرنگی نمی‌بینید. این متابولیت‌های دفاعی چسبنده از نظر فیزیکی درست در نوک کرک‌ها ساخته می‌شوند.
آیا آسیل قندهای ریشه و کرک از طریق یک مسیر متابولیک ساخته می‌شوند؟
برای پاسخ به این سوال، محققان تحقیقاتی مولکولی انجام دادند. آنها ژن‌هایی را در ریشه‌های گوجه فرنگی شناسایی کردند که بسیار شبیه به ژن‌های بیوسنتزی شناخته شده کرک آسیل قند بودند. یکی از ژن‌ها به طور خاص، ASAT1-L نامیده می‌شود.
سپس دانشمندان از ویرایش ژن کریسپر(CRISPR) برای حذف عملکرد ژن‌های ASAT1 و ASAT1-L استفاده کردند. به طور قابل توجهی، گیاهان گوجه فرنگی فاقد ژن ASAT1-L هیچ آسیل قند قابل تشخیصی در ریشه خود تولید نکرد، در حالی که سطوح آسیل قند کرک تحت تأثیر قرار نگرفت. زمانی که ژن ASAT1 حذف شد برعکس این اتفاق افتاد. این نشان می‌دهد که گوجه‌فرنگی‌ها دو مسیر متابولیک آسیل‌قند جداگانه ایجاد کرده‌اند که یکی برای کرک‌ها و دیگری برای ریشه‌ها است.
با کاوش دقیق‌تر، گروه تحقیقاتی دریافتند که ژن‌های کرک و آسیل قند ریشه نزدیک به هم روی ژنوم گوجه فرنگی قرار گرفته‌اند. تصور می‌شود که این نوع سازمان‌دهی ژنومی، که به عنوان یک خوشه ژن بیوسنتزی شناخته می‌شود، به ژن‌ها امکان تنظیم و توارث مشترک را می‌دهد.
رابرت لاست(Robert Last)، نویسنده ارشد این مطالعه، توضیح می‌دهد: در کنار مسیری که سال‌ها در حال مطالعه آن بودیم، در اینجا دومین جهان موازی را پیدا می‌کنیم که در زیر زمین وجود دارد.تجزیه و تحلیل تکاملی نشان داد که ژن ASAT1-L احتمالا زمانی پدیدار شد که ژن اجدادی ASAT1 شبیه‌سازی شده است. سپس این دو ژن از هم جدا شدند و برای کرک و ریشه تخصصی شدند. وقتی دانشمندان به سایر اقوام گوجه‌فرنگی نگاه کردند، داستان حتی جذاب‌تر شد. آنها کشف کردند که ژن ASAT1-L و آسیل قندهای ریشه در برخی از گونه‌های گوجه‌فرنگی وحشی یافت می‌شوند، اما در عموزاده‌های دورتر مانند بادمجان یافت نمی‌شوند. این نشان می‌دهد که توانایی ساخت آسیل‌قندهای ریشه تقریبا به تازگی در درخت خانوادگی گوجه‌فرنگی تکامل یافته است.
هدف از تولید این متابولیت‌های مرموز زیرزمینی چیست؟
پاسخ صادقانه این است که ما هنوز نمی‌دانیم.
با توجه به شباهت آنها به ترکیبات محافظ کرک، یک احتمال این است که آسیل قندهای ریشه به گوجه فرنگی کمک کنند تا از آفات و عوامل بیماری‌زای ساکن خاک جلوگیری کند. آنها همچنین ممکن است در جذب میکروب‌های مفید در ناحیه ریشه نقش داشته باشند. مطالعات آینده می‌تواند عملکردهای زمین‌شناختی آنها را مشخص کند.
اگر متوجه شویم که این آسیل قندهای ریشه در دفع ارگانیسم‌های مضر مؤثر هستند، آیا می‌توان آنها را در گیاهان دیگر پرورش داد و در نتیجه به رشد گیاهان بدون نیاز به قارچ‌کش‌ها و آفت‌کش‌های مصنوعی کمک کرد؟
اینها سوالاتی هستند که در مرکز جستجوی بشر برای آب خالص‌تر، غذای ایمن‌تر و کاهش اتکا به مواد شیمیایی مصنوعی مضر قرار دارند.
به نقل از اس‌اف، آسیل قندها مولکول‌های تخصصی متشکل از هسته‌های قندی هستند که با زنجیره‌های اسید چرب تزئین شده‌اند. در کرک گوجه فرنگی، این متابولیت‌ها به دفاع از گیاه در برابر آفات کمک می‌کنند. با این حال، آسیل قندهای ریشه کاملا متفاوت از همتایان زیرزمینی خود بودند.
دانشمندان با استفاده از روش‌های شیمی تجزیه و تحلیل پیشرفته، به این نتیجه رسیدند که فراوان‌ترین آسیل قند موجود در ریشه گوجه فرنگی، به جای هسته ساکارز موجود در آسیل قندهای کرک، دارای هسته قندی است که از گلوکز مرتبط با اینوزیتول ساخته شده است. ترکیبات ریشه همچنین دارای زنجیره اسیدهای چرب متمایزی بودند.
راشل کروین(Rachel Kerwin)، نویسنده مطالعه اول، محقق فوق دکتری در یک بیانیه رسانه‌ای می‌گوید: آنچه در مورد این متابولیت‌های تخصصی بسیار قابل توجه است این است که آنها معمولا در سلول‌ها و بافت‌های بسیار دقیق سنتز می‌شوند.
به عنوان مثال آسیل قندها را در نظر بگیرید. آنها را در برگ‌ها یا ساقه‌های یک گیاه گوجه فرنگی نمی‌بینید. این متابولیت‌های دفاعی چسبنده از نظر فیزیکی درست در نوک کرک‌ها ساخته می‌شوند.
آیا آسیل قندهای ریشه و کرک از طریق یک مسیر متابولیک ساخته می‌شوند؟
برای پاسخ به این سوال، محققان تحقیقاتی مولکولی انجام دادند. آنها ژن‌هایی را در ریشه‌های گوجه فرنگی شناسایی کردند که بسیار شبیه به ژن‌های بیوسنتزی شناخته شده کرک آسیل قند بودند. یکی از ژن‌ها به طور خاص، ASAT1-L نامیده می‌شود.
سپس دانشمندان از ویرایش ژن کریسپر(CRISPR) برای حذف عملکرد ژن‌های ASAT1 و ASAT1-L استفاده کردند. به طور قابل توجهی، گیاهان گوجه فرنگی فاقد ژن ASAT1-L هیچ آسیل قند قابل تشخیصی در ریشه خود تولید نکرد، در حالی که سطوح آسیل قند کرک تحت تأثیر قرار نگرفت. زمانی که ژن ASAT1 حذف شد برعکس این اتفاق افتاد. این نشان می‌دهد که گوجه‌فرنگی‌ها دو مسیر متابولیک آسیل‌قند جداگانه ایجاد کرده‌اند که یکی برای کرک‌ها و دیگری برای ریشه‌ها است.
با کاوش دقیق‌تر، گروه تحقیقاتی دریافتند که ژن‌های کرک و آسیل قند ریشه نزدیک به هم روی ژنوم گوجه فرنگی قرار گرفته‌اند. تصور می‌شود که این نوع سازمان‌دهی ژنومی، که به عنوان یک خوشه ژن بیوسنتزی شناخته می‌شود، به ژن‌ها امکان تنظیم و توارث مشترک را می‌دهد.
رابرت لاست(Robert Last)، نویسنده ارشد این مطالعه، توضیح می‌دهد: در کنار مسیری که سال‌ها در حال مطالعه آن بودیم، در اینجا دومین جهان موازی را پیدا می‌کنیم که در زیر زمین وجود دارد.تجزیه و تحلیل تکاملی نشان داد که ژن ASAT1-L احتمالا زمانی پدیدار شد که ژن اجدادی ASAT1 شبیه‌سازی شده است. سپس این دو ژن از هم جدا شدند و برای کرک و ریشه تخصصی شدند. وقتی دانشمندان به سایر اقوام گوجه‌فرنگی نگاه کردند، داستان حتی جذاب‌تر شد. آنها کشف کردند که ژن ASAT1-L و آسیل قندهای ریشه در برخی از گونه‌های گوجه‌فرنگی وحشی یافت می‌شوند، اما در عموزاده‌های دورتر مانند بادمجان یافت نمی‌شوند. این نشان می‌دهد که توانایی ساخت آسیل‌قندهای ریشه تقریبا به تازگی در درخت خانوادگی گوجه‌فرنگی تکامل یافته است.
هدف از تولید این متابولیت‌های مرموز زیرزمینی چیست؟
پاسخ صادقانه این است که ما هنوز نمی‌دانیم.
با توجه به شباهت آنها به ترکیبات محافظ کرک، یک احتمال این است که آسیل قندهای ریشه به گوجه فرنگی کمک کنند تا از آفات و عوامل بیماری‌زای ساکن خاک جلوگیری کند. آنها همچنین ممکن است در جذب میکروب‌های مفید در ناحیه ریشه نقش داشته باشند. مطالعات آینده می‌تواند عملکردهای زمین‌شناختی آنها را مشخص کند.
اگر متوجه شویم که این آسیل قندهای ریشه در دفع ارگانیسم‌های مضر مؤثر هستند، آیا می‌توان آنها را در گیاهان دیگر پرورش داد و در نتیجه به رشد گیاهان بدون نیاز به قارچ‌کش‌ها و آفت‌کش‌های مصنوعی کمک کرد؟
اینها سوالاتی هستند که در مرکز جستجوی بشر برای آب خالص‌تر، غذای ایمن‌تر و کاهش اتکا به مواد شیمیایی مصنوعی مضر قرار دارند.
پربينندهترين مطالب و خبرها
