قام باحثون من كلية الزراعة بتطوير أجهزة استشعار بيولوجية في البطاطس من خلال الهندسة الوراثية، والتي تحذر في الوقت الحقيقي من خطورة النبات
تعيش النباتات في ظروف بيئية متغيرة وهي غير متحركة وبالتالي معرضة للعوامل الجوية والعديد من الآفات مثل الفطريات والبكتيريا والحشرات. كل هذه الأمور قد تسبب زيادة في إنتاج الجذور الحرة والإضرار بكفاءة عملية التمثيل الضوئي مما يؤدي إلى انخفاض المحصول. يتيح التحديد المبكر لتطور ظروف الإجهاد في الحقل اتخاذ التدابير اللازمة لحماية المحصول في الوقت الفعلي، وبالتالي فهو ذو أهمية كبيرة لمنع فقدان المحصول والحفاظ على الأمن الغذائي. في دراسة جديدة نشرت في مجلة فسيولوجيا النبات بقيادة الدكتورة شيلا روزنفاسر من قسم علوم النبات في كلية الأغذية والزراعة البيئية في الجامعة العبرية، تم تطوير أجهزة الاستشعار الحيوية الجزيئية في نبات البطاطس، والتي تمكن من المراقبة في الوقت الحقيقي تطور ظروف الإجهاد في النباتات.
الغرض من البحث هو تطوير طرق مبتكرة وغير مدمرة للكشف المبكر عن تطور ظروف الإجهاد ونقص العناصر الغذائية على مستوى النبات بأكمله في نباتات البطاطس باستخدام أجهزة الاستشعار الحيوية الجزيئية. إن الأهمية الكبيرة لنباتات البطاطس كمصدر غذائي في العالم دفعت الباحثين إلى دراسة مدى فعالية المستشعرات الموجودة في هذه النباتات أولاً. وفي إسرائيل أيضًا، من المعروف أن زراعة البطاطس ذات أهمية كبيرة، حيث يمثل النبات حوالي 40% من الصادرات الكمية للخضروات الطازجة. واستخدم فريق الباحثين أساليب الهندسة الوراثية، من أجل إنتاج بطاطس تنتج أجهزة الاستشعار بشكل طبيعي.
وأوضح الدكتور روزنفاسر: "في الواقع، قمنا بإنشاء نباتات البطاطس التي تعبر عن أجهزة استشعار جزيئية تسمح باستشعار مستوى الجذور الحرة في أجزاء معينة من الخلية النباتية". "يمكن مراقبة الإشارات المرسلة من هذه المستشعرات من خلال التقاط الصور بكاميرا الفلورسنت عالية الحساسية." قام الباحثون بفحص استخدام جهاز الاستشعار البيولوجي، بروتين الفلورسنت الأخضر الحساس للأكسدة (roGFP) الذي يتغير شكله المكاني وخصائصه الفلورية وفقًا لمستوى الجذور الحرة في بيئته. وفي الدراسة الحالية، وضع الباحثون أجهزة الاستشعار في البلاستيدات الخضراء، وهي العضية الموجودة في الخلية حيث تتم عملية التمثيل الضوئي، وهي العملية التي يتم من خلالها تحويل الطاقة الضوئية إلى طاقة كيميائية.
وأوضح ماتانيل هيفيش، الطالب الباحث الذي أنتج النباتات، النتائج: "لقد وجدنا أن تعرض نباتات البطاطس لظروف الإجهاد المختلفة مثل الإشعاع العالي ودرجة الحرارة الشديدة (البرد أو الحرارة) والظروف الجافة يسبب زيادة في مستوى الحرة الجذور في البلاستيدات الخضراء والتي يمكن مراقبتها باستخدام جهاز الاستشعار الحيوي الذي سيتم اختباره". وقد وجد أيضاً أن هذه الزيادة تحدث في المراحل الأولى من تطور الجذع المقابلة لانخفاض نشاط التمثيل الضوئي وقبل أن يتم اكتشاف التغيرات البصرية في النبات. بالإضافة إلى ذلك، فإن رصد الإشارات الاستشعارية على مستوى النبات بأكمله علمنا بالتباين المكاني في تطور ظروف الإجهاد في أعضاء النبات المختلفة.
وأضاف الدكتور روزنفاسر: "نحن ندرب أنه بصرف النظر عن استخدام التكنولوجيا المطورة لتعميق فهم استجابات النباتات لمواقف الإجهاد والتعامل معها، فإن هذا البحث له العديد من الآثار العملية، من بينها أن النظام الذي تم تطويره يسمح بتحليل سريع و اختبار غير مدمر لنشاط مجموعة متنوعة من المواد يهدف إلى تحسين مقاومة النباتات للظروف البيئية المتغيرة. وبالإضافة إلى ذلك، فإن دمج النباتات التي تم تطويرها في برامج التربية سوف يؤدي إلى تسريع تطوير أصناف البطاطس المقاومة لظروف الإجهاد، مثل الجفاف والحرارة. وأخيرًا، يمكن أن يكون الجمع بين النباتات التي تم تطويرها في المجالات الزراعية بمثابة اختراق في التشخيص المبكر لتطور ظروف الإجهاد في الحقل وبالتالي تقليل الأضرار التي لحقت بالمحصول." وفي المستقبل، فإن الجمع بين أجهزة الاستشعار الإضافية وإنشاء الخطوط التي تعبر عنها في مجموعة متنوعة من الأجزاء داخل الخلايا، سيمكن من الكشف المبكر عن اضطرابات إضافية مثل الأمراض التي تسببها الفطريات والحشرات.
وأجرى الدراسة باحثون من الجامعة العبرية وشارك فيها أيضا الدكتور ناردي لامبل، الدكتورة عينات زيلينجر، أورال باردا ودانيال فيجر.
المزيد عن الموضوع على موقع العلوم:
