گیاهان چگونه با هم چت می کنند؟

پژوهشگران پایه و اساس ارتباطات میان سلول های گیاهی را که به وسیله ی پروتئینی به نام ” MICU” و تجمع یون کلسیم در ایستگاه نیروی سلولی انجام می شود کشف کرده اند.

گیاهان

استفاده از این علائم شیمیایی، به گیاه نظم می بخشد؛ برای نمونه، برای شکل گیری ارگان ها و واکنش به فشار آب این تغییرات کلسیمی برای گیاه اطلاعات خاصی را در بردارد. نتایج این کشف ممکن است در بهبود و بهسازی و به حداکثر رساندن تولید محصولات کشاورزی مورد استفاده قرار گیرد.

این پروتئین با سنسور فلوروسنس اطلاعاتی را در مورد تجمع یون کلسیم در میتوکندری در زمان واقعی اش فراهم می کند. رنگ آبی به معنای کم و سبز، متوسط و رنگ قرمز تجمع بالای یون کلسیم را نشان می دهند. گروهی از پژوهشگران با مدیریت دانشگاه بُن اساس ارتباط میان اجزای سلول های یک گیاه را کشف کرده اند.

شماره ی ماه جاری مجله ی The Plant Cell نتایج کامل این پژوهش را منتشر کرده است. گیاهان به محرک های محیط پیرامون شان با پاسخ های خاص واکنش نشان می دهند: اگر آب گیاه محدود شود، آنها شروع به تبخیر از طریق برگ هایشان می کنند. اگر یک پاتوژن به آنها حمله کند، آنها از طریق سلاح های شیمیایی اقدام به دفاع از خودشان می کنند. اگر قارچ های موجود در خاک به ریشه های آنها برای همزیستی رو بیاورند، و قصد داشته باشند از طریق معامله ای دوسَر بُرد با گیاه به همزیستی بپردازند، هر دو طرف در مورد شرایط قرارداد و وظایفی که هر کدام بر عهده می گیرند بحث خواهند کرد.

دکتر مارکوس شوارتزلندر_ پژوهشگر ارشد از گروه امی نودِر در مؤسسه ی علوم کشاورزی و منابع طبیعی در دانشگاه بُن می گوید: ” همه ی این تنظیمات ظریف و دقیق نیازمند ارتباطات وسیع میان قسمت های مختلف گیاه است. هنگامی که بخش های مختلف سلول های گیاهی با یک دیگر درارتباطند؛ آنها قطعا ً از کلمات استفاده نمی کنند، بلکه از یون های کلسیم برای برقراری ارتباط و پیام رسانی بهره می گیرند. یعنی شارژ مثبت با یون کلسیم و بر عکس این فرایند مفاهیمی را منتقل می کند. اطلاعات در جریان نوسان تجمع کلسیم در بخش های مختلف گیاه کدگذاری شده است. ” پس کلماتشان از جنس کلسیم است!
حال سوالی که مطرح می شود این است که چگونه می تواند یک یون کوچک حاوی و حامل این همه اطلاعات باشد؟ این همان سوالی است که پژوهشگران از خودشان پرسیدند و منجر به این پاسخ شد که همه ی بخش های مختلف یک گیاه باهم در تماس و ارتباط اند و در واقع از زبان خاصی برای گفتگو استفاده می کنند.
گیاهان

پروتئین MICU ایستگاه رله ی مرکزی سلول ها

اکنون گروه شوارتزلندر، با همراهی و همکاری پژوهشگرانی از کشورهای ایتالیا، فرانسه، انگلستان، استرالیا، موسسه ی مکس پلنک و دانشگاه مونستر در حال بررسی این پدیده در ایستگاه تولید انرژی سلولی ( میتوکندری ) در گیاه شاهی (Arabidopsis thaliana) هستند. پژوهشگران دریافتند که پروتئین MICU نقش مهم و اساسی در کنترل تجمع یون کلسیم در میتوکندری سلول را دارد. دکتر استفان واگنر می گوید: ” در پستانداران سیستم بسیار مشابهی از پروتئین ها وجود دارد که تجمع یون های کلسیمی را نظم می بخشند. ” مانند موتور شارژ کننده ی توربین، این یون، میتوکندری های پستانداران را تحریک می کند تا انرژی بیشتری تولید کنند. پژوهشگران بر این باورند، این نتایج می تواند موضوع جالب توجهی برای پژوهش های عمیق تر و وسیع تر بر روی سایر گیاهان و یا جانوران باشد؛ این پدیده به طور شگفت انگیزی وابسته به پروتئین MICU در گیاه Arabidopsis. است. دکتر شوارتزر در ادامه می گوید: “دو، پروتئین مشابه در حیوانات و گیاهان به طور وراثتی از اجدادشان به ارث رسیده که ویژگی های متفاوتی را در دو گروه گیاهان و جانوران ایجاد می کنند.”
ایستگاه های فلوئورسنس سلولی اطلاعات را فراهم می کند

با تخریب ژن پروتئین MICU در ژنوم گیاه شاهی، پژوهشگران قادربودند به صورت تجربی اثر این پروتئین را بر ارتباط کلسیمی سلول های گیاهی دریابند. آنها برای میتوکندری پروتئین سنسور فلوئورسنس با حساسیت های مختلف فلئورسنس فراهم کردند تا تغییرات ایجاد شده با میزان تجمع یون کلسیم در ایستگاه انرژی گیاه زنده را بررسی کنند. دکتر واگنر در توضیح این پدیده می گوید: ” ما می توانستیم اثر واضح و روشن ارتباط میتوکندری را تشخیص دهیم".
جداسازی ژن تولید کننده ی پروتئین MICU علاوه بر پیامدهای دیگر می تواند ویژگی هایی از گیاه را تحت تاثیر قراردهد و در تنفس سلول اختلال ایجاد کند. نتایج حاصل از این پژوهش می تواند برای بهسازی و بهره وری بیشتر محصولات کشاورزی در آینده مورد توجه قرار گیرد. مثلاً پژوهشگران به این نکته توجه ویژه دارند که گیاهان خاصی خود را با باکتری های اصلاح نیتروژن از طریق همین علائم کلسیمی هماهنگ می کنند؛ با این نتایج می توان از تا میزان بالایی در استفاده از کود های کشاورزی صرفه جویی کرد.