نجح الباحثون في فك آلية التمثيل الضوئي في الطحالب الأسرع نموا في العالم * سيتم استخدام الاكتشافات في الأبحاث المستقبلية في مجال الغذاء المستدام
ما الذي يجعل بعض الطحالب تحصل على لقب "أسرع النباتات المائية نموًا في العالم"؟ حاولت دراسة جديدة بمشاركة باحثة من جامعة تل أبيب متابعة خصائص التمثيل الضوئي لطحالب "شلوريلا أوهادي"، وهي طحالب خضراء تعتبر أسرع النباتات المائية نموا.
ومن نتائج البحث يبدو أن العوامل الرئيسية للمعدل السريع لعملية التمثيل الضوئي تكمن في كفاءة العمليات الأيضية. ووجد الباحثون أن هذه الطحالب لديها قدرة فريدة على إحداث تفاعل كيميائي تتمكن من خلاله من إعادة تدوير أحد المكونات التي يستخدمها إنزيم يسمى RuBisCO بطريقة فعالة وسريعة، بما يسرع عمليات التمثيل الضوئي بشكل كبير. وأجري البحث تحت قيادة باحثين من معهد ماكس بلانك في ألمانيا، ومن بينهم الدكتور حاييم تريفيس، عضو هيئة التدريس حاليا في كلية علوم النبات والأمن الغذائي في جامعة تل أبيب. ونشرت الدراسة في مجلة Nature Plants المرموقة.
وكجزء من الدراسة، أراد الباحثون دراسة ما إذا كان من الممكن تحسين كفاءة عملية التمثيل الضوئي في النباتات، وهي عملية نشطة تحدث في الطبيعة منذ حوالي 3.5 مليار سنة. للإجابة على سؤال البحث، قرر الباحثون التركيز على الطحالب الخضراء، وخاصة على صنف "كلوريلا أوهادي". وتتميز هذه الطحالب بقدرتها على البقاء في الظروف القاسية من الحرارة والبرودة، مما يجبرها على إظهار المرونة والنمو بسرعة كبيرة.
وقدر الباحثون أن حل مسألة "كلوريلا أوهادي" (التي سميت على اسم عالم النبات الراحل البروفيسور يتسحاق أوهاد) من شأنه أن يجعل من الممكن تحسين كفاءة عملية التمثيل الضوئي في النباتات الأخرى أيضا، وبالتالي تطوير أدوات هندسية جديدة من شأنها أن توفر بيئة مستدامة. الحل الغذائي.
في عملية التمثيل الضوئي، تقوم النباتات والطحالب بتحويل الماء والضوء وثاني أكسيد الكربون إلى سكر وأكسجين ضروريين لعملها. واستخدم الباحثون أساليب تدفق دقيق مبتكرة تعتمد على مبادئ فيزيائية وكيميائية وتكنولوجية حيوية معقدة، من أجل تزويد الطحالب بثاني أكسيد الكربون بطريقة محسوبة ومسيطر عليها ومراقبة عملية التمثيل الضوئي "على الإنترنت".
وحدد الباحثون من وجهة نظر مقارنة أن هناك اختلافا جوهريا في عمليات التمثيل الضوئي التي تتم في الطحالب الخضراء، مقارنة بالنباتات النموذجية. ووفقا لهم، يعتمد الاختلاف على اختلاف في الشبكات الأيضية، وسيساعد فهمه في تحديد حلول هندسية مبتكرة في مجال التمثيل الغذائي للنباتات - وبالتالي أيضًا للهندسة المفيدة للمنتجات الزراعية المستقبلية.
يوضح الدكتور تريفيس: "لقد أظهرت الدراسات التجريبية في الماضي أن كفاءة التمثيل الضوئي أعلى في الطحالب الدقيقة مقارنة بالنباتات من النوع C".3 مسخ4كلا النوعين من النباتات لديهما أنظمة نقل ولكنهما مختلفان تمامًا من حيث تشريحهما وطريقة قيامهما بعملية التمثيل الضوئي. والمشكلة هي أن المجتمع العلمي لا يزال في الواقع لا يعرف كيفية تفسير هذه الاختلافات بطريقة دقيقة بما فيه الكفاية.
ويضيف الدكتور تريفيس: "في هذه الدراسة، قمنا برسم خريطة لأنماط إنتاج الطاقة والتمثيل الغذائي للتمثيل الضوئي في الطحالب الخضراء وقارناها بالبيانات الحالية والجديدة التي تم جمعها من النباتات النموذجية. لقد تمكنا من تحديد العوامل الفيزيائية الحيوية التي تسبب الاختلاف في هذه الأنماط بوضوح. تعزز دراستنا التقديرات الموجودة سابقًا والتي تشير إلى أن المسار الأيضي المسؤول عن إعادة التدوير هو أحد الاختناقات الرئيسية في عملية التمثيل الضوئي في النباتات. والخطوة الضرورية التالية هي تصدير الجينات المشاركة في هذا المسار والمسارات الأخرى التي حددنا فيها الاختلافات عن الطحالب، واختبار ما إذا كان إدخالها إلى النباتات من خلال الهندسة الأيضية سيزيد من ملفات النمو أو كفاءة التمثيل الضوئي للنباتات.
إن مجموعة الأدوات التي قمنا بتجميعها ستجعل من الممكن تسخير استنتاجات البحث لغرض تسريع التطورات الهندسية المستقبلية في مجال الغذاء المستدام القائم على الطحالب كمجمع وراثي لتحسين النبات، حيث أن مراقبة عملية التمثيل الضوئي هي عملية كمية و ذات الدقة العالية والطحالب هي مصدر لا ينضب من إمكانيات تحسين كفاءة التمثيل الضوئي."
المزيد عن الموضوع على موقع العلوم:
תגובה אחת
قد تكون هذه تجربة ستدمر الأرض بشكل أسرع من الغازات الدفيئة. لإدخال الجينات لتحسين عملية التمثيل الضوئي في النباتات العليا