النباتات تمتلك استراتيجيات متطورة لتحقيق التوازن بين الدفاع والنمو

استراتيجيات الدفاع النباتية، بدءاً من الهليون الذي يحتوي على 72 جيناً مقاوماً فقط إلى نوع من الفلفل الحار يحتوي على 1095 جيناً مقاوماً.

تريد النباتات، مثلنا تمامًا، أن تنمو بشكل كبير وقوي.

لكنها تتعرض باستمرار لهجوم من مسببات الأمراض – وهي كائنات دقيقة لديها القدرة على إضعاف النباتات أو حتى قتلها، وهنا تدخل العوامل السرية للنباتات – “جينات الدفاع” – في الصورة.

هذه الجينات تزود النباتات بوسائل دفاعية ضد مسببات الأمراض الضارة.

ولكن هذه الشبكة الدفاعية تأتي بتكلفة باهظة ــ فهي تستنزف الموارد التي كان النبات ليستخدمها في النمو.

جينات الدفاع عند النباتات

أجرى الباحث ما بعد الدكتوراه مايكل جيولاي والأستاذة آنا ليزا لين من جامعة هلسنكي دراسة حديثة حول جينات الدفاع .

قام الفريق بتحليل جينات الدفاع النباتي وسمات النمو عبر 184 نوعًا من النباتات – وهو إنجاز أصبح ممكنًا بفضل قوة قواعد البيانات المفتوحة.

توصل الباحثون إلى وجود علاقة مباشرة بين استثمار النبات في جينات الدفاع وقدرته على النمو.

نُشرت الدراسة في مجلة Science

اكتشف الباحثون مجموعة واسعة من استراتيجيات الدفاع النباتية، بدءاً من الهليون الذي يحتوي على 72 جيناً مقاوماً فقط إلى نوع من الفلفل الحار يحتوي على 1095 جيناً مقاوماً.

ومع ذلك، كلما زادت مساحة جينوم النبات المخصصة للدفاع، كلما قل نموه.

الدفاع في النباتات المزروعة

فكر في عملية المقايضة على هذا النحو – كل نبات لديه مجموعة محدودة من الموارد (مثل الطاقة والمواد المغذية) للقيام بالأنشطة.

كلما زاد انغماسها في هذا الحوض لتغذية نظامها الدفاعي، قل ما تبقى لديها لتحفيز نموها.

ولكن لماذا لا تعمل النباتات على توسيع حوض مواردها والقيام بالأمرين معًا؟ حسنًا، هذا هو الاكتشاف – فهي لا تستطيع ذلك.

ولكن الباحثين وجدوا مشكلة واحدة. فالنباتات المزروعة التي نربيها نحن البشر لخصائص معينة في الزراعة لم تظهر هذا الارتباط بين الدفاع والنمو.

ويشتبه الخبراء في أن السبب قد يكون راجعا إلى عملية التربية، التي أدت إلى تقليص التنوع الطبيعي في جينومات هذه النباتات المحصولية.

الصورة الأكبر

ولكن الأمر لا يتعلق فقط بنبتة واحدة أو الصعوبات التي تواجهها. إذ تسلط النتائج الضوء على الكيفية التي تلعب بها تكاليف التخصيص ــ التكاليف المرتبطة بهذا العمل المتوازن ــ دوراً حاسماً في تشكيل التنوع البيولوجي والحفاظ عليه.

وبشكل أساسي، تساعدنا هذه النتائج على فهم سبب تطور النباتات بالشكل الذي هي عليه وكيف تكيفت مع بيئاتها.

تعقيد دفاعات النبات

وفي استكشاف هذه الظواهر بشكل أعمق، يسلط جيولاي ولين الضوء على الرقصة المعقدة بين الميراث الجيني والمتطلبات البيئية.

ووجد الباحثون أن بعض النباتات تظهر استراتيجيات متطورة لتحقيق التوازن بين دفاعها ونموها، وتتباهى ببراعتها التطورية.

على سبيل المثال، تميل النباتات التي تنمو في بيئات قاسية أو غير متوقعة إلى التباهي بمجموعة متنوعة من الأدوات الجينية، مما يسمح لها بتشغيل جينات دفاعية محددة فقط عندما تكون تحت التهديد.

وتضمن استراتيجية الدفاع القابلة للتحريض هذه قدرتها على الحفاظ على الموارد عندما تكون الظروف مواتية للنمو.

تسلط هذه المرونة التكيفية الضوء على التنازلات التطورية التي ضبطت أنواع النباتات لتناسب مجالاتها المحددة، مما يعزز دور الانتقاء الطبيعي في تشكيل التنوع البيولوجي النباتي.

التأثيرات على الزراعة

تقدم الرؤى المكتسبة من هذه الدراسة تأثيرات حيوية على الزراعة، وخاصة في تربية أصناف نباتية جديدة.

ومن خلال فهم الديناميكية بين الاستثمار الدفاعي وإمكانات النمو، يمكن للعلماء أن يهدفوا إلى تحسين غلة المحاصيل مع الحفاظ على مقاومة كافية لمسببات الأمراض.

وفي المستقبل، يدعو جيولاي ولين إلى إجراء المزيد من الدراسات التي تستخدم قواعد بيانات مفتوحة المصدر وواسعة النطاق لتعميق فهمنا للتنازلات الجينية في النباتات بشكل أكبر.

ويؤكدون على الحاجة إلى اتباع نهج متعدد التخصصات، يجمع بين الأفكار المستمدة من علم الجينوم وعلم البيئة وعلم الأحياء التطوري للحصول على رؤية شاملة لتكيفات النبات.

ومن الممكن أن تمهد مثل هذه الجهود الطريق أمام الممارسات الزراعية المستدامة وتساهم في تحقيق الأمن الغذائي العالمي في ظل مناخ متغير باستمرار.

قوة العلم المفتوح

لم يكن من الممكن إجراء هذا البحث على جينات الدفاع النباتية لولا العلم المفتوح.

إن تسلسل مئات الجينومات النباتية وجمع بيانات النمو المكثفة ليس بالأمر الممكن بالنسبة لفريق واحد.

إن الوصول المفتوح إلى مثل هذه البيانات يمكّن العلماء من البحث بشكل أعمق في الاختلافات بين الأنواع، مما يفتح مستويات جديدة تمامًا من الاستقصاء.

وأشار البروفيسور لين إلى أنه “إذا أردنا أن نفهم الآليات التي تحافظ على تباين السمات بين الأنواع، فإن اتباع نهج متعدد الأنواع مثل هذا أمر ضروري”، “إن التوفر المتزايد للبيانات المفتوحة يتيح مستويات جديدة تمامًا من التحقيق في هذه الأسئلة.”

المصدر : المستقبل الاخضر