با افزایش دما در سراسر جهان و کاهش جمعیت گرده افشان ها، تولید مواد غذایی برای تولیدکنندگان جهان به طور فزاینده ای دشوار شده است. یک مطالعه جدید از محققان دپارتمان زیست شناسی سلولی و ژنتیک مولکولی دانشگاه مریلند به این موضوع می پردازد و بینشی را در مورد چگونگی رشد میوه ها و دانه های گیاهان گلدار ارائه می دهد.
ژونگچی لیو، نویسنده ارشد این مطالعه و استاد زیست شناسی سلولی و ژنتیک مولکولی در دانشگاه می گوید: درک این فرآیند به ویژه مهم است زیرا محصولات غذایی رایج مانند بادام زمینی، ذرت، برنج و توت فرنگی، همه میوه ها و دانه هایی هستند که از گل ها به دست می آیند و دانستن اینکه چگونه گیاهان بخشی از گل های خود را به میوه و دانه تبدیل کنند، برای کشاورزی و تامین مواد غذایی ما بسیار مهم است. این مطالعه در ژورنال Nature Communications در 9 جولای 2022 منتشر شد.
در این مطالعه، لیو و تیمش به دنبال کشف چگونگی فرآیند گرده افشانی یک گیاه گلدار برای شروع فرآیند رشد میوه بودند. این تیم مشکوک بودند که یک سیستم ارتباطی داخلی مسئول سیگنال دادن به گیاه برای رشد میوه است، اما محققان مطمئن نبودند که چگونه این سیستم توسط گرده افشانی فعال می شود.
برای کشف این موضوع، این تیم مکانیسم های گرده افشانی و رشد میوه را با استفاده از گیاهان توت فرنگی شبیه سازی کردند. به گفته لیو، توت فرنگی ها به دلیل ساختار منحصر به فرد و محل بذرشان برای مدل سازی فرآیند کوددهی مناسب هستند.
لیو توضیح داد: دستکاری و مشاهده دانه های توت فرنگی بسیار آسان تر از دانه های میوه های دیگر مانند گوجه فرنگی است. این کار ما را برای مشاهده بذرها و استخراج اطلاعات ژنتیکی از آنها در مراحل مختلف رشد گیاه آسان تر کرد.لیو و تیمش ژن 62AGL را شناسایی کردند، ژنی که در همه گیاهان گلدار یافت می شود و به عنوان محرک تولید میوه و دانه گیاه است.
به گفته لیو، 62 AGL تولید هورمون رشد گیاهان به نام اکسین را تحریک می کند. هنگامی که این ژن فعال می شود، اکسین سنتز می شود تا پوشش دانه (لایه محافظ بیرونی دانه)، اندوسپرم (بخشی از دانه که غذا برای جنین گیاه در حال رشد فراهم می کند) و میوه ایجاد شود. نقش اکسین در تنظیم رشد آندوسپرم به ویژه برای محققان مهم است زیرا بر اندازه دانه و بزرگ شدن میوه تأثیر می گذارد.
لیو گفت: "سطح اکسین می تواند میزان رشد آندوسپرم و مقدار آندوسپرم تغذیه ای را برای جنین گیاه محدود کند و اکسین بیشتر می تواند اندازه دانه را افزایش دهد و بزرگ شدن میوه را تحریک کند. وقتی اکسین کمتری وجود داشته باشد، آندوسپرم ها قادر به تغذیه مناسب جنین های گیاهی نیستند و در نهایت با کاهش بهره وری محصول و میوه های کوچکتر یا تغییر شکل یافته ای که از نظر تجاری قابل دوام نیستند، مواجه می شویم.محققان این مطالعه با یک تکنیک جدید دستکاری ژن، عملکرد62 AGL را با موفقیت مختل کردند در نتیجه، گیاهان توت فرنگی قادر به رشد میوه و دانه نبودند که نشان دهنده نقش حیاتی 62 AGL در این فرآیند است.
در طبیعت با فرآیند گرده افشانی، ژن 62AGL ، تولید اکسین را تحریک کند، فرآیندی که برای رشد بهینه میوه و بذر ضروری است. اما با شناسایی این رابطه بین ژن و هورمون، لیو و تیمش پایه ای را ایجاد کردند که ممکن است به کشاورزان اجازه دهد تا با استفاده از بیوتکنولوژی، 62AGL را فعال کنند و گرده افشانی را به کلی تغییر دهند و به عبارت دیگر، میوه های بسیار تازه تولید کنند.
لیو معتقد است که این یافته ها به ویژه در زمانی که گرمایش جهانی بر تولید مواد غذایی در سراسر جهان تأثیر می گذارد بسیار مهم است.
لیو می گوید: « تغییرات آب و هوایی چالش بزرگی برای ماست که باید بر آن غلبه کنیم». تحقیقات بیشتر در مورد ژن 62AGL به ما بینش جدیدی در مورد چگونگی افزایش بالقوه بهره وری محصولات کشاورزی، به ویژه محصولاتی که منبع غذایی ما را تشکیل می دهند، داده است.
