ایمنی طولانی مدت در برابر تنش

حافظه استرس در گیاهان می تواند کلید رشد محصولات مقاوم به بیماری باشد.

دانشمندان دانشگاه شفیلد، مکانیسمی را در پس این که چگونه گیاهان می توانند ایمنی طولانی مدت در برابر استرس ایجاد کنند، کشف کردند.استرس بیوتیکی که گیاهان تجربه می کنند می تواند به شکل حملات حشرات گیاهخوار یا پاتوژن های بیماری زا باشد. در محصولاتی که برای تولید غذا کشت می شوند، این تنش خطر قابل توجهی برای عملکرد محصول ایجاد می کند و در حال حاضر با استفاده گسترده از آفت کش ها مدیریت می شود که برای محیط زیست مضر هستند و می توانند سلامت انسان را به خطر بیندازند.این یافته ها که در Nature Plants منتشر شده است، مکانیسمی را توضیح می دهد که چگونه گیاهان استرس حمله قبلی را به یاد می آورند و این حافظه بلندمدت در خانواده ای از DNA ناخواسته کدگذاری شده است که می تواند ژن های دفاعی را برای چندین هفته در برابر حملات بیشتر آن ایجاد کند.

دکتر تون، پروفسور سیگنالینگ محیطی گیاهی از دانشکده علوم زیستی دانشگاه شفیلد و نویسنده ارشد این مطالعه، گفت: یافته ها فرصت های جدیدی را برای کنترل ایمنی گیاه برای حفاظت از محصولات پایدار ارائه می دهند و اتکای ما به آفت کش های مضر برای تولید مواد غذایی را کاهش می دهند.

او گفت: ما برای تغذیه سیاره به گیاهان متکی هستیم، اما آنها اساساً در انتهای زنجیره غذایی قرار دارند، نمی توانند حرکت کنند، بنابراین به طور باورنکردنی در برابر حمله از همه طرف، از جمله حشرات گیاهخوار و پاتوژن های بیماری زا آسیب پذیر هستند. حیوانات، با این حال، گیاهان توانایی به دست آوردن ایمنی پس از بهبودی از استرس زیستی را تکامل داده اند، اما آنها از مکانیسم های مختلفی برای انجام این کار استفاده می کنند.

یافته های این مطالعه نه تنها یک جهش بزرگ به جلو در درک ما از چگونگی به یاد آوردن استرس ناشی از حملات قبلی توسط گیاهان است، بلکه یک عملکرد اپی ژنتیکی جدید از یک خانواده خاص از DNA ناخواسته را نشان می دهد. این دانش می تواند به ما در ایجاد استراتژی های اصلاحی جدید، و انتخاب گونه های زراعی برای تولید غذا کمک کند که برای مبارزه با آفات و بیماری ها آماده شده اند.این مطالعه اثرات بلندمدت هورمون استرس گیاهی اسید جاسمونیک را بر روی Arabidopsis thaliana، که معمولاً به عنوان شاهی تال شناخته می شود، نسبت به کلم و خردل بررسی کرد. گروهی از نهال هایی که در معرض کرم ها قرار گرفتند، نسبت به گروه شاهد آسیب کمتری را تحمل کردند.اگرچه اثرات کوتاه مدت اسید جاسمونیک بر سیستم دفاعی گیاه به خوبی مستند شده است، اما اثرات بلندمدت آن مشخص نیست و تیم تحقیقاتی دریافتند که حافظه ایمنی استرس ناشی از درمان با اسید جاسمونیک می تواند برای چندین هفته باقی بماند و به آن منتقل شود.

نتایج نشان داد که این ایمنی اکتسابی توسط مکانیسم های اپی ژنتیکی کنترل می شود که شامل مولکول های RNA کوچکی است که توسط خانواده ترانسپوزون های AtREP2 تولید می شوند که با پروتئین کوچک متصل شونده به RNA، AGO1 متصل می شوند. سپس پروتئین های AGO1 با RNA ژن های دفاعی دوردست را برای پاسخ سریع تر و قوی تر به استرس های بعدی آغاز می کنند.

این مطالعه اولین مدل از حافظه ایمنی طولانی مدت در گیاهان را ارائه می دهد و نشان می دهد که چگونه تغییرات اپی ژنتیکی در یک خانواده خاص از DNA ناخواسته می تواند گیاهان را در برابر آسیب بیشتر توسط آفات آماده کند.

دکتر ساموئل ویلکینسون، همکار پژوهشی دانشکده علوم زیستی و اولین نویسنده این مقاله، گفت: از آنجایی که امنیت غذایی جهانی یکی از بزرگترین چالش هایی است که در آینده با آن مواجه خواهیم شد، ضروری است که راه های جدیدی برای اطمینان از این موضوع پیدا کنیم. سلامت و رشد محصولاتی که به آنها تکیه می کنیم.

این تحقیق اولین گام برای تکمیل و افزایش اثربخشی و دوام استراتژی های متداول اصلاحی محصولات زراعی با انتخاب گیاهانی با آمادگی ایمنی بالا به عنوان جایگزینی برای تکیه بر آفت کش های مضر است.محققان اکنون در حال همکاری با یک شرکت بین المللی اصلاح کننده محصولات هستند تا بررسی کنند که آیا می توانند از مکانیسم های اپی ژنتیک مرتبط دیگر مانند عوامل استرس زا برای پاتوژن های بیماری زا استفاده کنند و آنها را در یک استراتژی جدید حفاظت از محصول برای ژنوم های پیچیده تر گیاهان ترکیب کنند.

ساموئل افزود: این مطالعه راه را برای ما باز کرده است تا روشی دقیق تر و قابل تنظیم را برای معرفی تنوع اپی ژنتیکی مفید در ژنوم گیاهان ایجاد کنیم. این نه تنها برای حفاظت از محصول و اصلاح ارزش دارد، بلکه یک ابزار تحقیقاتی ارزشمند برای مکانیسم های پیچیده ای را کشف کنید که توسط آن ها DNA تغییر یافته اپی ژنتیکی می تواند ژن های دفاعی را در داخل و در بین نسل های گیاهی ایجاد کند.