علم النبات / في مشروع جينوم البتلات، حدد باحثون إسرائيليون الجينات المسؤولة عن رائحة الزهور
بقلم ماريت سيلفين
الصور: الجامعة العبرية
<
بمساعدة صنفين من الورد - صنف وردي ذو رائحة قوية وصنف أصفر بدون رائحة (أدناه) - حدد الباحثون لأول مرة الجينات المشاركة في خلق الرائحة في الورود
زهور اليوم لا تشبه رائحة زهور الماضي. سنوات من التهجين المتكرر، بهدف الحصول على زهور ذات ألوان خاصة وأشكال جذابة وخاصة ذات مدة صلاحية طويلة، تعني أن الورود والقرنفل والعديد من الزهور الأخرى، التي استخدمت مستخلصات رائحتها في صناعة العطور، أصبحت اليوم تشبه رائحة البلاستيك. زهور.
توقيع رائحة الزهرة الفريدة هو مزيج من المواد التي تتبخر في الهواء من البتلات. على سبيل المثال، تنتج نباتات الأوركيد حوالي مائة مادة متطايرة مختلفة. من ناحية أخرى، تنتج أزهار فم آري ما بين سبع إلى عشر مواد عطرية فقط. خليط الروائح يجذب الحشرات التي تقوم بتلقيح النبات؛ مجموعات أخرى من نفس الروائح تجذب أعداء الحشرات التي تتغذى على أوراق النباتات. تم تطوير استراتيجية دفاعية أخرى في نباتات التبغ التي تتضرر من لدغات اليرقات أو الخنافس: تطلق النباتات ثلاث مواد ذات رائحة في بيئتها تؤدي إلى شل ما يصل إلى 90٪ من نشاط العدو.
لقد تم إتقان استراتيجية نشر الرائحة عن طريق الزهور أثناء التطور وتم تكييفها مع أجندة الحشرات. في العام الماضي، وجدت الباحثة النباتية ناتاليا دوديريفا من جامعة بوردو في ولاية إنديانا أن نباتات القطيفة لديها ساعة بيولوجية توجه إطلاق المواد ذات الرائحة، بحيث أنه خلال النهار، أي ساعات نشاط النحل الذي يلقح النبات، تزيد المادة أربع مرات أكثر يتم إطلاق سراحه من الليل. من ناحية أخرى، تطلق زهور البطونية والتبغ كميات كبيرة من الروائح في الليل تحديدًا - وهو وقت نشاط العث الذي يقوم بتلقيحها. هذه وهذه توقف إفراز الرائحة بعد التلقيح.
لمئات السنين، تم استخراج خلاصات الرائحة من الزهور باستخدام تقنيات مختلفة. كان فن استخلاص الرائحة وتحويلها إلى عطر مهنة فريدة لم يمارسها إلا القليل لأنها كانت تتطلب حاسة شم متطورة كانت الأداة الوحيدة لاختبار طبيعة الرائحة. على الرغم من المهارات التقنية العديدة المطلوبة من العطار، لم تكن هناك حاجة إلى معرفة دقيقة بكيفية تكوين العطور. وهكذا، حتى وقت قريب، لم يحاول أحد أن يفهم كيف تنتج الزهور رائحتها؛ ما هي العمليات البيوكيميائية التي تؤدي إلى تكوين العطور؟
أول من بحث في هذا الموضوع كان البروفيسور عيران بيشارسكي من جامعة ميشيغان، وهو إسرائيلي سابق. وتساءل بيشارسكي عن سبب تطوير بعض النباتات للقدرة على إنتاج الرائحة بينما النباتات الأخرى القريبة منها في البنية والتركيب لا تنتج رائحة على الإطلاق. لقد بحث في الأدبيات المتخصصة عن أدلة على ذلك، واكتشف أن العلماء ليس لديهم أي فكرة عن كيفية إنشاء الرائحة في الزهور.
في عام 1994، بدأ بيشارسكي وفريقه في إجراء الأبحاث على نبات كلاركيا، وهو نبات بري عطري ينمو في كاليفورنيا. وقام الباحثون بحبس المواد المتطايرة التي تنبعث من الزهرة في خزان، وأجروا تحليلا كيميائيا عليها ووجدوا 12 مادة مختلفة. وبعد التحديد الكيميائي، تمكنوا لأول مرة من عزل وتوصيف إنزيم يشارك في خلق الرائحة وينتج مادة اللينالول المتطايرة - إحدى المواد التي تشم الزهور. وتمكن الباحثون أيضًا من عزل الجين الذي يشفر الإنزيم. ومنذ ذلك الحين، تم العثور على ثلاثة جينات أخرى ترمز للإنزيمات المشاركة في صنع العطور في زهور كلاركيا. بالإضافة إلى ذلك، اكتشف بيشارسكي أن عملية خلق الرائحة تتم في الطبقة الخارجية لخلايا البتلات، حيث يكون الطريق إلى الهواء الحر قصيرًا. وبطريقة مماثلة، تم التعرف على إنزيم آخر يشارك في تكوين إحدى المواد الرئيسية للرائحة في فم الأسد من قبل الباحث دودارفا وتم عزل الترميز الجيني له.
تعتبر طرق البحث عن الإنزيمات المشاركة في تكوين الروائح بطيئة. تم تطوير طريقة بديلة وأسرع في إسرائيل. قرر الدكتور ديفيد فايس من معهد علوم النبات وعلم الوراثة في كلية الزراعة في الجامعة العبرية تحديد الجينات المشاركة في إنتاج العطور باستخدام أدوات حديثة تم تطويرها في مشروع الجينوم البشري. ويرأس فايس مشروع جينوم البتلات، الذي أنشئ قبل ثلاث سنوات بمساعدة وزارة العلوم. وكجزء من المشروع، يقومون بمسح الحمض النووي من الأنسجة النباتية والبحث عن الجينات التي يبدو أن لها دورًا في تكوين جزيئات الرائحة.
نجح فايس، بالتعاون مع فريق من الباحثين ضم الأساتذة ألكسندر وينشتاين وداني زمير وتساح آدم من كلية الزراعة، والدكتور افرايم ليفينسون من إدارة البحوث الزراعية في بيت دغان والبروفيسور عيران بيشارسكي، في بناء قاعدة بيانات للحمض النووي التي يدير عناوين الورد ولتحقيق هذه الغاية، استخدم الباحثون صنفين من الورد: صنف وردي اللون وذو رائحة قوية، وصنف ثان أصفر عديم الرائحة. وعندما قارنوا بتلات هاتين السلالتين، وجدوا فيها مواد متطايرة مختلفة تمامًا. وتمكنوا من عزل وتوصيف أكثر من 3,000 جينة تعمل في بتلات الورود، 20 منها على الأقل لها دور مفترض في خلق عطور مختلفة.
ومن أجل التحقق مما إذا كانت هذه الجينات متورطة بالفعل في خلق الرائحة، تم حقنها في البكتيريا التي تنتج البروتينات التي ترمز إليها الجينات. تم اختبار نشاط البروتينات باستخدام أجهزة تكتشف الروائح. حتى الآن، حدد الباحثون وميزوا أربعة جينات تشفر مثل هذه الإنزيمات؛ وهذه هي المرة الأولى التي يتم فيها العثور على الجينات المشاركة في خلق الرائحة في الورود. يتم نشر بعض نتائج الأبحاث هذا الشهر في المجلة
؛" "سيتم نشر جزء آخر من فسيولوجيا النبات خلال ثلاثة أشهر في المجلة." يقول فايس: "الخلية النباتية: نأمل في استخدام الأساليب الجينومية لمعرفة الآلية الجزيئية المسؤولة عن خلق الرائحة". "وفي الوقت نفسه، نحاول استخدام هذه الجينات لإعادة الزهور إلى رائحتها المفقودة."
وقد تم بالفعل اتخاذ الخطوة الأولى في هذا الاتجاه. وفي العمل الذي نشر هذا الشهر في مجلة Breeding Molecular، قدم فايس ومجموعته زهور القرنفل التي تم حقنها بجين يشارك بشكل طبيعي في خلق الرائحة في زهور وورود كلاركيا. "على الرغم من أننا أنشأنا رائحة جديدة في الظفر، كما وجدت في التحليلات الكيميائية، إلا أننا لم نتمكن من اكتشافها في اختبارات الرائحة. يقول فايس: "لذلك كان من الضروري زيادة الرائحة". تم الحصول على تغيير كبير في رائحة الأظافر باستخدام نهج بديل. كان الافتراض هو أن خلق اللون والرائحة هما الاستراتيجيتان الرئيسيتان للنبات لجذب الحشرات. وفي الواقع، كشفت الاختبارات البيوكيميائية التي أجراها أعضاء الفريق أن بعض الروائح الموجودة بشكل طبيعي في زهور القرنفل تنشأ من نفس المسار البيوكيميائي الذي يؤدي إلى تكوين اللون. وأظهر عضو الفريق أمير زوكر في أطروحته للدكتوراه، والتي نُشر جزء منها قبل شهرين في مجلة "Molecular Breeding"، أنه من الممكن زيادة خلق الرائحة في بتلات القرنفل عن طريق عرقلة مسار تكوين الصبغة.
يقول فايس: "في المستقبل، نهدف إلى ابتكار روائح جديدة أكثر جاذبية، على الرغم من أننا لا نزال نفتقر إلى الكثير من المعرفة في فهم المسارات البيوكيميائية المعقدة وكيفية التحكم فيها وتنشيطها".
https://www.hayadan.org.il/BuildaGate4/general2/data_card.php?Cat=~~~289626140~~~27&SiteName=hayadan
