في تحول حاد

في بعض الأحيان تكون النباتات التي تأكل نفسها أخبارًا جيدة

نعلم جميعا مدى صعوبة جعل الاقتصاد ينتقل من الركود إلى النمو، ولكن في الطبيعة عملية تذكرنا بهذا النوع من التحول تحدث بطريقة روتينية؛ هذا هو انتقال بذور النباتات من حالة السكون إلى حالة الإنبات. يتضمن التحول تغيرات مفاجئة وبعيدة المدى في جميع أنظمة النبات: تحدث إعادة برمجة في الجينوم، مما يؤثر على التعبير الجيني وإنتاج البروتينات المختلفة في جميع الأنحاء. يتوقف تخليق مئات البروتينات المهمة لتطور البذرة ومنع إنباتها المبكر، وفي المقابل يتم تنشيط تخليق مئات البروتينات المهمة للإنبات.
إنبات

إن "عكس الإنبات" له أهمية كبيرة، سواء في الطبيعة أو في المحاصيل الزراعية، لأنه له تأثير كبير على المحصول: فكلما كان الإنبات أسرع وأقوى، كلما كان المحصول أكبر. ويستخدم المزارعون أساليب مختلفة لتسريع الإنبات صناعيا، مثل نقع البذور الجافة لفترة قصيرة في محلول يحتوي على مواد تعزز الإنبات. من أجل تحسين معدل نمو البراعم وجودتها، من المهم جدًا فهم آلية الإنبات على المستوى الجزيئي. وقد يؤدي هذا الفهم إلى طرق متطورة لتحسين معدل إنبات البذور ومعدلها، مما قد يؤدي أيضًا إلى زيادة المحصول. من المهم أيضًا التحكم في التوقيت الدقيق للإنبات. إذا بدأ الأمر مبكرًا جدًا، عندما تكون البذور لا تزال مرتبطة بالنبات "الأم" ولم تصل بعد إلى الأرض، فمن المحتمل أن البذور لن تؤدي إلى تطوير نباتات جديدة.

يعتبر البروفيسور جاد جليلي، من قسم علوم النبات في معهد وايزمان للعلوم، من رواد دراسة "التحول التنبتي". اكتشف البروفيسور جاليلي مؤخرًا أن عملية الالتهام الذاتي الانتقائية، وهي إحدى العمليات المركزية في حياة النبات، تشارك في التحكم في "التحول". بشكل عام، الالتهام الذاتي، الذي يعني "الأكل الذاتي"، هو انهيار البروتينات الذي يحدث في خلايا العديد من الكائنات، وليس فقط في الخلايا النباتية: فقد تم اكتشافه لأول مرة في الخميرة، وهو موجود أيضًا في الحيوانات، بما في ذلك البشر. تمت دراسة الالتهام الذاتي كثيرًا، من بين أمور أخرى، لأنه في البشر، تتورط الاضطرابات في عملية الالتهام الذاتي الانتقائية في أمراض مختلفة مثل مرض الزهايمر ومرض باركنسون وأمراض شائعة أخرى.

في النباتات، تهدف الالتهام الذاتي إلى إنقاذ النبات في أوقات الحاجة. لأن النباتات، على عكس الحيوانات، لا تستطيع الهروب من الخطر، وتحتاج إلى آليات مرنة تساعدها في التعامل مع الخطر بطرق أخرى. وهنا يأتي دور آلية الالتهام الذاتي واسعة النطاق، القادرة، على سبيل المثال، على إيقاف نمو النبات عندما يكون هناك نقص في الغذاء.

لكن أصبح من الواضح مؤخرًا أنه في مواقف معينة، بما في ذلك أثناء الاستعدادات للإنبات، تحدث عملية الالتهام الذاتي الانتقائي في النباتات، حيث يتم تكسير البروتينات المختارة بغض النظر عن الضائقة. اكتشف البروفيسور جاليلي حوالي عشرة جينات جديدة، والتي قد تكون مشاركة في الالتهام الذاتي الانتقائي. وركز بحثه الذي نشر هذا العام في المجلة العلمية Plant Cell ومجلات أخرى، على هذين الجينين ATI1 وATI2، وهما جينان تنفرد بهما النباتات، أي أنهما غير موجودين في الحيوانات.

وفي تجاربه على نبات الأرابيدوبسيس البحثي، أظهر البروفيسور جاليلي أن نشاط ATI1 يساعد النبات على التغلب على الظروف التي تمنع الإنبات وتشجعه. أحد الافتراضات هو أن هذا الجين يكسر البروتينات التي تمنع الإنبات، وبالتالي يعطي الإنبات "الضوء الأخضر". وعندما زاد التعبير عن هذا الجين، زادت نسبة البذور النابتة، وتنبت بشكل أسرع وقوة أكبر. وعلى العكس من ذلك، عندما قام العلماء بمنع نشاط الجينين ATI1 وATI2، انخفضت شدة الإنبات. وبالإضافة إلى توضيح دور الجينات، اكتشف العلماء مكان نشاطها في الخلية النباتية. ضمت المجموعة البحثية الدكتور إريك هونيج وطالبة البحث تمار إبين فيتنبرغ.

لا تزال دراسة الالتهام الذاتي الانتقائي في النباتات في بداياتها، لكن اكتشاف المزيد من التفاصيل قد يسمح لعلماء النبات بالتحكم فيها لتحسين تطور البذور، وتعزيز الإنبات حسب الحاجة.