نجح الباحثون في فك شفرة آلية حركة هرمون الجبرلين النباتي الذي له أهمية كبيرة للإنسانية

ووفقا للباحثين، فهو هرمون، وهو جزيء إشارة صغير، يتحكم في نمو النباتات. وقد يساعد فك التشفير كثيراً في توسيع المحاصيل الزراعية والتعامل مع أزمة الغذاء العالمية

بحث دولي ومتعدد التخصصات بقيادة البروفيسور إيلون شاني وطالبة الدكتوراه جانيا بينينباوم من كلية علوم النبات والأمن الغذائي وكشف في جامعة تل أبيب عن آلية العمل والحركة في نبات هرمون الجبرلين وهي مادة ذات أهمية كبيرة لنمو المحاصيل الزراعية. تضمن البحث المعقد عشرات التجارب في مجموعة واسعة من المجالات: علم وظائف الأعضاء، والبيولوجيا الجزيئية، والكيمياء الحيوية، والنماذج الرياضية، والمجهر الفلوري، وعلم الوراثة، والمزيد. تم إجراء التجارب على مدار 7 سنوات من قبل عدة مجموعات بحثية حول العالم - في جامعة تل أبيب، ومعهد وايزمان للعلوم، والمعهد البركاني في إسرائيل، وكذلك في الدنمارك وفرنسا وإنجلترا وألمانيا وإسبانيا. تم نشر البحث الرائد في مجلة Nature Plants المرموقة.

هرمون صغير ذو أهمية هائلة

يقول البروفيسور شاني: "لم يسمع سوى القليل من خارج المجتمع العلمي عن هرمون الجبرلين، لكنه في الواقع أحد المواد ذات التأثير الأكبر على البشرية". "إنه هرمون، جزيء إشارة صغير، يتحكم في نمو النباتات، ويرتبط مباشرة بالثورة الخضراء في الستينيات والسبعينيات من القرن الماضي، والتي جعلت العمل الزراعي أكثر كفاءة وزادت بشكل كبير إنتاجية الحبوب - القمح والشعير والذرة والبقوليات". في الواقع، تعد تقنيات التلاعب بالجبرلين في النباتات أحد الأسباب الرئيسية لوجود ما يكفي من الغذاء في العالم اليوم، ولكن على الرغم من أهميته، لم يكن معروفًا سوى القليل جدًا حتى الآن. تم الحديث مؤخراً عن آلية عمل وحركة الجبرلين في مساحة النبات.

أجريت الدراسة على نبات الأرابيدوبسيس (السدوم الأبيض) الذي استخدم نباتاً نموذجياً في العديد من الدراسات. في الخطوة الأولى، سعى الباحثون إلى التعرف على الآلية التي تنقل الجبرلين من الأوراق التي تتشكل فيها، عبر نظام النقل المعروف باسم الشفاء، إلى الجذر. ولهذا الغرض قاموا بإحداث طفرات مختلفة في النباتات وإجراء فحوصات جينية عليها، وبذلك اكتشفوا ثلاثة بروتينات حاملة (ناقلات) لا يصل الجبرلين بدونها إلى وجهته. هذه هي البروتينات الموجودة في الخلايا الجذعية، وتعمل معًا لتحريك جزيء الجبرلين من أحد جوانب غشاء الخلية إلى الجانب الآخر، مما يتيح له رحلته الطويلة في جميع أنحاء النبات بأكمله. بمعنى آخر: وظيفة هذه البروتينات هي شحن الجبرلين من الورقة إلى الأنسجة الناقلة، حيث يتدفق أسفل النبات إلى الجذر. 

في الخطوة التالية، استخدم الباحثون طريقة متقدمة للفحص المجهري الفلوري بدقة خلية واحدة لفحص تأثير الجبرلين - أو غيابه - على الخلايا الموجودة في الجذر. ووجدوا أن الجبرلين يتراكم في طبقة من الخلايا في الجذر تعرف باسم الأديم الباطن، والتي تفصل الأنسجة الناقلة عن بقية خلايا الجذر. ومن المعروف أن من وظائف الأديم الباطن هي التحكم في مرور المواد التي يمتصها الجذر من التربة (الماء والأملاح والغازات والمواد المغذية المختلفة) إلى الأنسجة الناقلة التي تحمل هذه المواد إلى بقية أجزاء النبات. يتم هذا التحكم عن طريق إنتاج طبقة تحكم - مادة مانعة للتسرب تشبه الفلين تسمى سوبرين. وفي هذه الدراسة اكتشف الباحثون أنه في غياب هرمون الجبرلين يضعف إنتاج السوبرين. خلاصة القول: الجبرلين هو المسؤول عن التحكم في إنتاج السوبرين في الأديم الباطن، وبالتالي فإنه يؤثر بشكل مباشر على تغذية النبات ونموه.

تغذية الإنسان في ظل الظروف المناخية المتغيرة

يوضح الدكتور بينينباوم: "حتى الآن، كان من المعروف أن حركة هرمون الجبرلين في النبات ضرورية للتطور الطبيعي للنبات، لكن الآلية التي تمكن من هذه الحركة لم تكن معروفة"، واكتشفنا أيضًا آلية جديدة وظيفة الجبرلين: التحكم في إنتاج مادة السوبرين، وهي مادة ذات أهمية كبيرة لنمو النبات. إن فهم آليات حركة الجبرلين في النبات قد يشكل أساساً للأبحاث التطبيقية في المستقبل، مع تأثير كبير على الأمن الغذائي وتطوير النبات في بيئة متغيرة.

ويختتم البروفيسور شاني: "في دراسة طويلة ومعقدة ومتعددة التخصصات، تمكنا من الكشف عن آليات حركة وعمل إحدى أهم المواد لتغذية الإنسان: هرمون الجبرلين. لقد اكتشفنا كيفية الحصول على الجبرلين من الأوراق إلى الجذر، حيث يتراكم في الجذر، وكيف يؤثر على آليات تغذية النبات. نأمل ونعتقد أن الرؤى الناشئة عن البحث ستساعد في تطوير أساليب مبتكرة تحسين وزيادة المحاصيل، وخاصة الحبوب، من أجل مواجهة أحد أكبر تحديات العصر الحالي: إطعام أعداد متزايدة من الناس في الظروف المناخية المتغيرة.

المزيد عن هذا الموضوع على موقع العلوم