تکثیر غیرجنسی گیاهان زراعی؛ سیگنالها دانه های گیاهی جدید تشکیل می دهند
پایگاه خبری DA1news: هنگامی که گامت های ماده در گیاهان بارور می شوند، سیگنالی از اسپرم، تقسیم سلولی را فعال می کند و منجر به تشکیل دانه های گیاهی جدید می شود. همانطور که محققان دانشگاه زوریخ در سوئیس نشان داده‌اند، این فعال‌سازی می‌تواند عمداً بدون لقاح نیز ایجاد شود.
به گزارش اخبار روزانه کشاورزی، دانه ها محصول نهایی تولید مثل گیاه هستند. چه به طور مستقیم به عنوان غذا و چه به طور غیرمستقیم به عنوان خوراک دام، حدود 80 درصد کالری مصرفی انسان را تامین می کنند. در هزاره‌هایی که انسان‌ها برای اولین بار ساکن شدند، ما گونه‌های گیاهی بی‌شماری را با ویژگی‌های سودمند مانند افزایش عملکرد، بهبود کیفیت، مقاومت در برابر آفات یا سختی پرورش داده‌ایم.
در صورت امکان، کشاورزان از واریته‌های هیبریدی استفاده می‌کنند که با تلاقی دو لاین همخون ایجاد می‌شوند و نسبت به واریته‌های معمولی مقاوم‌تر و پرمحصول‌تر هستند. مشکل این است که این خواص مورد نظر در طول تکثیر از بین می رود و بنابراین، بذرهای هیبرید باید هر سال دوباره ایجاد شوند.
سیگنال مشتق شده از اسپرم تقسیم سلولی گامت ماده را فعال می کند
اگر می‌توانستیم راهی برای تکثیر گیاهان زراعی از طریق تولید مثل غیرجنسی از طریق دانه‌ها – معروف به آپومیکسیس – پیدا کنیم، کشاورزی را متحول می‌کرد. اگر امکان دور زدن تقسیم کاهشی و لقاح گامت های ماده وجود داشت، بذرهای تولید شده از نظر ژنتیکی با گیاه مادری یکسان خواهند بود. بنابراین، گونه‌های گیاهی با ویژگی‌های دلخواه می‌توانند بسیار راحت‌تر تکثیر شوند – به عنوان کلون بذر. اکنون، Ueli Grossniklaus و تیم او در گروه زیست‌شناسی گیاهی و میکروبی در دانشگاه زوریخ (UZH) یک قدم به رسیدن به این هدف نزدیک‌تر شده‌اند. گروسنیکلاوس می‌گوید: «در گیاه مدل شاهی تال، سیگنالی را کشف کرده‌ایم که گامت ماده را فعال می‌کند تا بذر جدیدی تشکیل دهد.
فرآیند لقاح در گیاهان شامل دو رویداد است. دو سلول اسپرم با یک گامت ماده ادغام می شوند – یک سلول اسپرم تخمک را بارور می کند که از آن جنین و در نهایت نسل بعدی تشکیل می شود، در حالی که سلول دیگر با سلول مرکزی ترکیب می شود که به بافتی شبیه جفت تبدیل می شود که تامین کننده آن است. جنین با مواد مغذی آنها با هم به دانه های بالغ تبدیل می شوند. برای موفقیت آمیز بودن لقاح، سلول‌های اسپرم و گامت‌های ماده باید در یک مرحله از چرخه سلولی باشند – به عبارت دیگر، باید با یکدیگر “همگام” باشند.
همگام سازی مقدم بر تقسیم گامت است
دانشمندان قبلاً می دانستند که سلول های اسپرم موجود در شاهی تال (Arabidopsis thaliana) در مرحله آماده سازی برای تقسیم سلولی هستند. تیم Grossniklaus اکنون نشان داده است که سلول تخمی ساکن نیز در این مرحله است. از طرف دیگر، سلول مرکزی در وسط فاز قبلی که در آن ماده ژنتیکی تکرار می شود، گیر می کند. در حالی که سلول های اسپرم و تخمک در فاز چرخه سلولی یکسانی هستند، سلول مرکزی باید ابتدا سنتز DNA را پس از لقاح کامل کند، قبل از شروع اولین تقسیم.
این وقفه در چرخه سلولی ناشی از پروتئینی در سلول مرکزی است که به طور کامل تجزیه نشده و بنابراین هنوز وجود دارد. هنگامی که اسپرم این گامت را بارور می کند، پروتئین سیکلین را وارد می کند که سپس تجزیه پروتئین بازدارنده را فعال می کند. تنها در این صورت است که سلول مرکزی می تواند سنتز DNA را کامل کند و به مرحله بعدی چرخه سلولی حرکت کند.
برای اولین بار، ما موفق شدیم مکانیسم مولکولی نحوه ارسال سیگنال از اسپرم به گامت ماده را کشف کنیم تا آن را از حالت خاموش خارج کنیم. سارا سیمونینی، نویسنده اول، می گوید: این سیگنال به سلول مرکزی می دهد که لقاح موفقیت آمیز بوده و اکنون تقسیم سلولی می تواند انجام شود.
تولید مثل غیرجنسی برای محصولات زراعی
اگر شاهی تال به گونه‌ای اصلاح شود که سلول‌های مرکزی خود پروتئین سیکلین را تولید کنند، حتی بدون لقاح نیز شروع به تقسیم می‌کنند. ما اکنون می توانیم عمداً در غیاب لقاح، این فعال سازی را آغاز کنیم. گروسنیکلاوس می‌گوید: «این فرصت‌هایی را برای معرفی آپومیکسیس در گیاهان زراعی، به‌ویژه در گونه‌های هیبریدی که انعطاف‌پذیرتر هستند و عملکرد بالاتری نسبت به گونه‌های معمولی دارند، باز می‌کند.»
اگر بتوان از آپوکسیمیس در گیاهان زراعی استفاده کرد، میلیون‌ها کشاورز در مقیاس کوچک در جنوب جهانی برای اولین بار می‌توانند گونه‌های هیبریدی را پرورش دهند که دانه‌های آنها می‌تواند برای کاشت بعدی ذخیره شود.
ترجمه/ پایگاه خبری اخبار روزانه کشاورزی: ناهید حسینی
