جهشی که میتواند کشاورزی جهان را متحول کند
یک تغییر بسیار جزئی در ساختار یک پروتئین گیاهی ممکن است راه را برای تولید ابرمحصولاتی هموار کند که قادرند خودشان نیتروژن مورد نیازشان را تامین کرده و وابستگی جهان به کودهای شیمیایی را بهطور چشمگیری کاهش دهند.
به گزارش Sciencedaily، "ما یک گام به تولید مواد غذایی سازگارتر با محیط زیست و آبوهوا نزدیکتر شدهایم. "
این نتیجهای است که کاسپر رویکیر اندرسن و سیمونا رادوتویو، استادان زیستمولکولی دانشگاه آرهوس دانمارک اعلام کردهاند.
پژوهش جدید آنها سرنخ مهمی درباره یک فرایند زیستی ارائه میدهد که میتواند راهحلی برای کاهش اتکای گسترده بخش کشاورزی به کودهای مصنوعی باشد.
گشایش در درک فرایند تثبیت طبیعی نیتروژن
نیتروژن برای رشد گیاهان ضروری است، اما اغلب محصولات کشاورزی تنها از طریق کودهای شیمیایی میتوانند آن را جذب کنند. در مقابل گروه کوچکی از گیاهان مانند نخود، شبدر و لوبیا قادرند بدون کود اضافی رشد کنند. این گیاهان با گونههای خاصی از باکتریها وارد یک رابطه همزیستانه میشوند و با کمک آنها، نیتروژن موجود در هوا را به شکلی قابلاستفاده برای خود تبدیل میکنند.
هدف بسیاری از پژوهشگران جهان این است که رازهای ژنتیکی و مولکولی این توانایی طبیعی را کشف کنند و شاید در آینده بتوانند این ویژگی را به محصولاتی مانند گندم، جو و ذرت منتقل کنند. چنین پیشرفتی میتواند تحول بزرگی در کشاورزی ایجاد کرده و نیاز به کودهای شیمیایی که تولیدشان حدود دو درصد از مصرف انرژی جهان را تشکیل میدهد و منبع مهم انتشار CO₂ است را بهشدت کاهش دهد.
چگونه گیاهان میان دفاع و همکاری تصمیم میگیرند؟
گیاهان از گیرندههای سطح سلول برای تشخیص سیگنالهای شیمیایی میکروارگانیسمهای خاک استفاده میکنند. برخی باکتریها موادی ترشح میکنند که نشان میدهد برای گیاه تهدید هستند و باید توسط سیستم ایمنی دفع شوند؛ برخی دیگر سیگنال دوست میدهند و توانایی تأمین مواد مغذی دارند.
گیاهان لگومینوز (حبوبات) مانند نخود و لوبیا اجازه میدهند باکتریهای ویژهای وارد ریشههایشان شوند. این باکتریها درون ریشهها نیتروژن هوا را تثبیت کرده و بخشی از آن را با گیاه به اشتراک میگذارند.
پژوهشگران دانشگاه آرهوس کشف کردهاند که توانایی تشخیص این سیگنالها تا حد زیادی به تنها دو اسید آمینه در یک پروتئین گیرنده ریشه بستگی دارد تغییری بسیار کوچک، اما سرنوشتساز.
کلید فرمان همکاری در یک ناحیه کوچک پروتئینی
این پروتئین گیرنده تعیین میکند که گیاه باید وارد حالت دفاعی شود یا با باکتریها وارد همکاری شود. دانشمندان ناحیه کوچکی از پروتئین را شناسایی کردهاند که آن را Symbiosis Determinant ۱ نامیدهاند؛ ناحیهای که مانند یک کلید تصمیمگیری عمل میکند.
با تغییر تنها دو اسید آمینه در این ناحیه پژوهشگران موفق شدند گیرندهای را که بهطور طبیعی پاسخ ایمنی را تحریک میکند، به گیرندهای تبدیل کنند که همزیستی با باکتریهای تثبیتکننده نیتروژن را آغاز میکند.
رادوتویو میگوید: نشان دادهایم که تنها دو تغییر کوچک میتواند رفتار گیاه را در یک نقطه حیاتی عوض کند از رد کردن باکتریها تا همکاری با آنها.
گامی مهم به سوی استفاده از این فناوری در محصولات اصلی
این تغییر ابتدا در گیاه مدل Lotus japonicus با موفقیت آزمایش شد. سپس تیم تحقیقاتی این روش را در جو نیز امتحان کرد و دریافت که مکانیزم در آنجا هم عمل میکند.
اندرسن میگوید: این واقعا شگفتانگیز است که میتوانیم گیرندهای از جو را تغییر دهیم و ببینیم که فرایند تثبیت نیتروژن دوباره فعال میشود.
امید میرود که با کشف سایر عوامل کلیدی، در آینده بتوان این ویژگی را در محصولاتی مانند گندم، ذرت و برنج نیز فعال کرد محصولاتی که ستون فقرات امنیت غذایی جهان هستند.
رادوتویو با تاکید بر چشمانداز بلندمدت میگوید: اگر بتوانیم توانایی همزیستی را به محصولات گسترده زراعی منتقل کنیم، تأثیر بسیار بزرگی بر میزان نیاز به کودهای نیتروژنی خواهد داشت.
انتهای پیام/
