کلید خاموش؛ کشف ژنتیکی حبوبات، بهبود رشد محصول

پایگاه خبری DA1news: یک “کلید خاموش” ژنتیکی که فرآیند تبدیل نیتروژن اتمسفر توسط گیاهان حبوبات را به مواد مغذی متوقف می کند، برای اولین بار توسط تیمی از دانشمندان بین المللی به سرپرستی محققان دانشگاه La Trobe در استرالیا شناسایی شد.
به گزارش گروه علمی اخبار روزانه کشاورزی،‌حبوبات مانند لوبیا، نخود و عدس به دلیل توانایی آنها در تعامل با باکتری های خاک برای تبدیل یا “تثبیت” نیتروژن به شکل قابل استفاده از مواد مغذی، در بین محصولات منحصر به فرد هستند. با این حال، این فرآیند بیولوژیکی انرژی بر زمانی کاهش می یابد که نیتروژن در خاک از طریق فرآیندهای طبیعی یا از طریق استفاده از کود مصنوعی به وفور وجود داشته باشد.

آخرین کشف تنظیم‌کننده ژنتیکی که تثبیت نیتروژن را هنگامی که سطوح نیترات خاک بالا می‌رود، خاموش می‌کند، به دانشمندان اجازه داد تا ژن را در حبوبات مدل حذف کنند و اطمینان حاصل کنند که بدون توجه به محیط خاک به تثبیت نیتروژن ادامه می‌دهند. افزایش توانایی بیولوژیکی حبوبات برای تثبیت نیتروژن می تواند به افزایش رشد و عملکرد محصول کمک کند و همچنین نیاز به کودهای مصنوعی را کاهش دهد که به ردپای زیست محیطی کشاورزی کمک می کند. نتایج این تحقیق که به عنوان بخشی از پروژه بین‌المللی همزیستی مواد مغذی در کشاورزی (ENSA) انجام شد، ژوئن گذشته در Nature منتشر شد.

دکتر دوگالد رید، سرپرست تیم تحقیق، گفت: از دیدگاه کشاورزی، تثبیت مداوم نیتروژن می تواند یک ویژگی مفید باشد که دسترسی نیتروژن را هم برای حبوبات و هم برای محصولات آینده که به نیتروژن باقی مانده در خاک پس از رشد حبوبات متکی هستند، افزایش می دهد. مدرس دانشگاه لا تروب و رهبر گروه تحقیقاتی در موسسه لاتروب برای کشاورزی و غذای پایدار (LISAF) و گروه علوم حیوانی گیاهان و خاک و محقق ENSA. رید توضیح می‌دهد: «این به ایجاد پایه‌های تحقیقات آینده کمک می‌کند که راه‌های جدیدی را برای مدیریت سیستم‌های کشاورزی خود برای کاهش مصرف کود نیتروژن، افزایش درآمد مزرعه و کاهش تأثیر استفاده از کود نیتروژن بر محیط‌زیست فراهم می‌کند.» پروژه ENSA در حال حاضر توسط Bill & Melinda Gates Agricultural Innovations (Gates Ag One)، یک سازمان غیرانتفاعی که در تحقیقات کشاورزی پیشرو برای برآوردن نیازهای فوری و نادیده گرفته شده کشاورزان خرده پا در جنوب صحرای آفریقا و جنوب آسیا سرمایه گذاری می کند، تامین می شود.

نقش ژن تنظیم کننده “تثبیت تحت نیترات” (FUN)

این تیم پس از غربالگری 150000 گیاه حبوبات که در آن ژن‌ها حذف شده بود، تنظیم‌کننده‌ای به نام «تثبیت تحت نیترات» (FUN) را کشف کردند تا شناسایی کنند که گیاهان چگونه تغییر از تثبیت نیتروژن به جذب نیتروژن در خاک را کنترل می‌کنند. FUN که یک نوع ژن شناخته شده به عنوان عامل رونویسی است و سطوح ژن‌های دیگر را کنترل می‌کند، بدون توجه به فعال یا غیرفعال بودن و بدون توجه به سطح نیتروژن، در حبوبات وجود دارد. دکتر جیشون لین، یکی از نویسندگان مقاله و محقق ENSA می گوید: به عنوان بخشی از این مطالعه، ما یک صفحه ژنتیکی برای هزاران گیاه در گلخانه ها طراحی کردیم تا ژن هایی را که محرک های محیطی را با سیگنال های بیولوژیکی متصل می کنند، شناسایی کنیم. با افزایش سطوح نیترات موجود در حبوبات مدل، ما توانستیم افرادی را که در تنظیم تثبیت نیتروژن اختلالی دارند شناسایی کنیم و جهش یافته FUN را کشف کنیم. تیم سپس از ترکیبی از بیوشیمی، مطالعات بیان ژن و میکروسکوپ استفاده کرد تا متوجه شود که FUN در صورت غیرفعال بودن به رشته‌های پروتئینی بلند تبدیل می‌شود.

این منجر به کشف ثانویه شد که سطوح روی در تحریک FUN برای فعال شدن و توقف تثبیت نیتروژن نقش دارد. ما دریافتیم که تغییر نیتروژن خاک باعث تغییر سطح روی در گیاه می شود. روی قبلاً با تنظیم تثبیت نیتروژن مرتبط نبوده بود، اما مطالعه ما نشان داد که تغییر در سطح روی به نوبه خود FUN را فعال می‌کند، که سپس تعداد زیادی از ژن‌ها را کنترل می‌کند که تثبیت نیتروژن را متوقف می‌کنند.» نویسنده و محقق ENSA. بنابراین حذف FUN شرایطی را ایجاد می کند که در آن تثبیت نیتروژن دیگر توسط گیاه متوقف نمی شود. این مطالعه توسط دانشمندانی از دانشگاه La Trobe، استرالیا و دانشگاه آرهوس، دانمارک هدایت شد و شامل همکاری با تاسیسات تابش سنکروترون اروپا (ESRF)، Centro de Biotecnología y Genómica de Plantas و Universidad Politécnica de Madrid (UPM)، هر دو در اسپانیا بود. محققان اکنون در حال بررسی نحوه عملکرد محصولات حبوبات معمولی مانند سویا و لوبیا چشم بلبلی در هنگام از دست دادن فعالیت FUN هستند.

ترجمه: مجید میری