يكتشف العلماء آلية نباتية غير معروفة سابقًا – وقد يكون تأثيرها هائلاً

قد يمهد هذا الاكتشاف الطريق لتطوير محاصيل أكثر استدامة يمكنها تحمل ظروف بيئية أكثر صرامة.

يجد العلماء أن الخروج الانتصافي في أرابيدوبسيس مدفوعة بتثبيط الترجمة بوساطة P-body

اكتشف ألبرت كايرو وكاريل ريها وزملاؤهم آلية لم يتم تحديدها سابقًا لإعادة برمجة التعبير الجيني أثناء الانتقال عندما تتمايز خلية إلى أخرى. تحدث الآلية في ختام الانقسام الاختزالي ، وهو انقسام خلوي متخصص مطلوب للتكاثر الجنسي ، ويسمح للخلايا الجرثومية وحبوب اللقاح بالتمييز.

تتضمن هذه الآلية التوطين الديناميكي للمكونات التنظيمية الأساسية في مكثفات داخل الخلايا تشبه قطرات السائل. ترتبط هذه العملية ارتباطًا مباشرًا بإنتاج البذور وقد توفر طرقًا جديدة لتوليد محاصيل أكثر استدامة يمكنها تحمل الظروف البيئية القاسية. تم نشر النتائج مؤخرًا في المجلة المرموقة علوم.

زهرة كاتربيلر حقلية تم التقاطها بواسطة المجهر الضوئي. الائتمان: معهد أوروبا الوسطى للتكنولوجيا – جامعة مصاريك

الخلايا ليست أشياء ثابتة. يتغيرون من نوع إلى آخر. يؤثر تنشيط مجموعة معينة من الجينات على كيفية تخصص الخلايا في إكمال مهام محددة ومتى تنقسم أو تتمايز. يستخدم علماء بيولوجيا الخلية مثل ألبرت كايرو وكاريل ريها مجموعة من الأساليب العلمية المتطورة لاستكشاف العالم الدقيق للنبات. تخضع البيولوجيا الخلوية حاليًا لثورة ، مع توسيع المنظور التقليدي لتنظيم الخلية إلى آفاق جديدة.

“نحن نعلم الآن أن الخلية لا تحتوي فقط على عضيات تقليدية محددة بواسطة غشاء ولكن العديد من العمليات الجزيئية محصورة داخل عضيات أقل تحديدًا من الغشاء ، وتسمى أيضًا مكثفات الجزيئات الحيوية (المكثفات الحيوية). خلال السنوات العشر الماضية ، بدأ الاعتراف بأهمية هذه المكثفات الحيوية. نحن الآن نساهم في هذا المجال من خلال إظهار كيف يتشكل نوع معين من التكثيف الحيوي في نهاية الانقسام الاختزالي ويثبط تخليق البروتين ، “يوضح ألبرت كايرو ، المؤلف الأول لهذا البحث.

ويضيف كايرو: “هذا ، من ناحية ، ينهي عمليات الانقسام الاختزالي ، لكنه من ناحية أخرى ، يمثل بداية جيل مختلف وراثيًا من الخلايا”. لكن هذا ليس كل شيء. يعتقد فريق البحث أن الآليات المماثلة تعمل أيضًا في الكائنات الحية الأخرى والإعدادات الخلوية ، بما في ذلك تمايز الخلايا أو استجابات الإجهاد.

يمكن أن يكون لاكتشاف أعضاء مختبر Karel Riha تأثير مجتمعي هائل.

ألبرت كايرو وكاريل ريحا. الائتمان: معهد أوروبا الوسطى للتكنولوجيا – جامعة مصاريك

“نحن نعيش في حالة طوارئ مناخية. على الرغم من أن النباتات يمكن أن تقاوم مجموعة كبيرة من الضغوط ، بما في ذلك درجات الحرارة المرتفعة والجفاف ، إلا أن نموها وتكاثرها يمكن أن يضعف بشدة. هذا يعني أننا معرضون لخطر حدوث انخفاض كبير في غلة المحاصيل ، فقط عندما يتعين زيادة المحصول لتلبية احتياجات الإنسان. وهذا هو السبب في أن أبحاث النبات يجب أن تكون الآن إحدى الأولويات ، “يشرح المؤلف المقابل وقائد مجموعة البحث كاريل ريحا.

تتمثل مهمة المختبر الأساسية في إلقاء الضوء على العمليات البيولوجية الأساسية المرتبطة ارتباطًا وثيقًا بتكاثر النباتات وتكوين البذور ، والتي تُترجم في العديد من المحاصيل إلى محصول.

تظهر نتائج البحث أن المكثفات الجزيئية الحيوية تلعب دورًا مهمًا في خصوبة النبات ، ومن المحتمل أن يرتبط سلوكها بالإجهاد البيئي. لذلك من الواضح أن اكتشافنا هو الخطوة الأولى في تطوير حلول جديدة تؤدي إلى إنتاج محاصيل مستدام في ظل ظروف قاسية “، يشرح ألبرت كايرو.

الأساليب الفنية التي كان على الفريق القيام بها مثيرة للإعجاب حقًا ، ونشر هذا البحث في علوم يطمئن إلى أن مختبر ريحا يسير في الاتجاه الصحيح.

الطريق إلى الاكتشاف

دراسة الانقسام الاختزالي في النبات النموذجي نبات الأرابيدوبسيس thaliana يمثل تحديًا خاصًا. ركز فريق البحث على خلايا نادرة وغير عادية مخبأة في براعم زهرية صغيرة 0.1-0.4 ملم. علاوة على ذلك ، تحدث مراحل الانقسام الانتصافي التي تركز عليها الدراسة بسرعة – تستغرق العملية برمتها من خمس إلى ست ساعات. لذلك ، ليس من السهل التقاطها. يجب أن يستخدم فريق البحث أحدث التقنيات وجزءًا كبيرًا من الإبداع والخيال لاستكشاف هذه العملية.

كان على فريق ريحا أن يهيئ ظروفًا للتصوير الحي للانقسام الانتصافي داخل العضو الآخر (جزء السداة الذي يحتوي على حبوب اللقاح). استخدم الفريق الفحص المجهري المتقدم وأصبح أحد مختبرين في العالم قادرين على مراقبة الانقسام الاختزالي للنبات بشكل مباشر. قطعة أخرى من الخبرة الأساسية التي اكتسبها الفريق كانت إتقان تقنية البروتوبلاست. البروتوبلاست هي خلايا نباتية معزولة حُرمت من جدار الخلية المحيط بها ، مما يجعل من السهل معالجتها وراثيًا وتصورها تحت المجهر. سمحت هذه التقنية للفريق بتوضيح بعض المشكلات بسرعة وكفاءة أكبر من استخدام الخلايا الانتصافية.

ساهمت آنا فارجوفا بشكل كبير في فهم الآلية المعقدة الموصوفة حديثًا. قدمت بافلينا ميكولكوفا الخبرة وقدمت يدها السحرية أثناء تصوير الخلية الحية للانقسام الاختزالي باستخدام مجهر لايت شيت. كان فريق البحث مدعومًا بمرفق CEITEC الأساسي CELLIM والمرفق الأساسي لعلوم النبات. استغرق البحث أكثر من ثماني سنوات وتم تمويله من قبل مشروع منحة الشباب والرياضة التابعة لوزارة التعليم التشيكية REMAP. “سيكون من الصعب للغاية تطوير مثل هذا المشروع المعقد بدون التمويل طويل الأجل الذي كان لدينا. في الواقع ، في مرحلة ما ، شعرت أن حدودنا كانت مجرد خيالنا ، وأعتقد أن هذا كان حاسمًا لاكتشافنا البعيد المدى ، “يقول ألبرت كايرو.

المرجع: “خروج Meiotic في أرابيدوبسيس مدفوعة بتثبيط الترجمة بوساطة P-body-by Albert Cairo ، Anna Vargova ، Neha Shukla ، Claudio Capitao ، Pavlina Mikulkova ، Sona Valuchova ، Jana Pecinkova ، Petra Bulankova and Karel Riha ، 4 أغسطس 2022 ، علوم.
DOI: 10.1126 / science.abo0904

ومن المثير للاهتمام أن هذا المشروع لم يتضمن أي تعاون خارجي ، وهو أمر غير معتاد بالنسبة لمعاهد البحث الدولية مثل CEITEC. في هذه الحالة ، كان فريق البحث يدخل اتجاهًا جديدًا تمامًا واختتم البحث حصريًا من قبل أعضاء المجموعة البحثية لكاريل ريحا.