تويت
قامت مجموعة بحث تتضمن باحثين في معهد طوكيو للتكنولوجيا ، معهد كازوسا لأبحاث الحمض النووي ورايكين (Tokyo Institute of Technology, Kazusa DNA Research Institute and RIKEN) بتحليل جينوم طحلب بري لتظهر وجود جينات تسمح للنباتات بالتأقلم مع ظروف العيش الصعبة على الأرض كالقحط أو التعرض للضوء عالي الشدة والأشعة فوق البنفسجية.
“استعمار النباتات للأرض كان حدثاً أساسياً لتطور الحياة” يشير الباحثون في اليابان في تقرير أصدر مؤخراً ، هذا الانتقال قدم المغذيات والأوكسجين اللذان سمحا للمخلوقات البرية بالبقاء ، لكن حتى الآن لا يوجد دليل واضح على هذه المراحل في تطور النباتات والتغيير الذي سمح لها بالتأقلم من ظروف الحياة البحرية إلى الحياة البرية. بفضل تعاون الباحثين بقيادة Hiroyuki Ohta من مركز الموارد الحيوية والمعلوماتية/معهد الحياة الأرضية العلمي ، معهد طوكيو للتقنية في اليابان اكتشف الآن خصائص في جينوم طحلب بري بسيط تمثل خطوات هامة للنجاة في البيئات الأكثر قسوة والموجودة على اليابسة.
يعتقد بشكل واسع أن أسلاف النباتات الأرضية الحالية هي الـ”كاروفيت” (charophytes) وهي فرع من الطحالب الخضراء المتوزعة حول العالم و لكن رغم أهميتها الكبيرة في تطور الحياة حتى الآن لا تزال بيانات التسلسل الجيني للكاروفيت مشتتة.
الـ”charophyte Klebsormidium” هو كائن عديد الخلايا و بسيط جداً بحيث أن معظم سلالاته تستطيع العيش على اليابسة وفي الماء ، Ohta و أعضاء فريقه من الباحثين الذي يتضمن علماء من عدة معاهد في اليابان حلّلوا الجينوم الخاص بالكليبسورميديوم فلاسيدوم (Klebsormidium flaccidum) وقارنوه بطحالب ونباتات أرضية أخرى.
تقترح المقارنة أن الكثير من الجينات المطلوبة للبقاء على اليابسة كانت موجودة أصلاً في أسلاف الـ ك.فلاسيدوم ، كما وجدوا أن شفرات جينية لآليات تستجيب للمحفزات البيئية وللحماية من أشعة الشمس الشديدة.
يختتم الباحثون تقريرهم بقولهم: “تحيلينا يؤمن الدليل على أن ال ك. فلاسيدوم لديه الآلية الأساسية المطلوبة للتأقلم والبقاء في البيئة على اليابسة”.
الخلفية
تطور الحياة البرية
البيئات البحرية أكثر استقراراً من الأرضية بشكل واضح ، الضوء الشديد والأشعة الفوق البنفسجية والجفاف يمكنها أن تؤذي وتضغط على خلايا النباتات من دون الآليات التطورية الملائمة للتأقلم معها.
مقارنة النطاقات والعائلات الجينية
قام الباحثون بمقارنة ترتيب 31 بروتين من ك. فلاسيدوم مع 5 نباتات برية و7 طحالب من عائلة الكاروفيت و9 طحالب أخرى ، قارنوا الجينات الـ “paralogue” (جينات مختلفة أصلها يعود لجين أصلي واحد) و “singletons” (جينات مفردة) وعدد العائلات الجينية (من كل من السينجلتونز والبارالوغوس).
وجدوا ازدياداً في عدد العائلات الجينية في الطحالب طردياً مع العدد الكلي للجينات ، أما بالنسبة للنباتات البرية فعدد العائلات الجينية المستقرة وال “paralogous” يظهر بتكرار أقل ، من الملاحظ أن جينات لعمليات مهمة للحياة الأرضية كالإنشاء الحيوي لجدار الخلية والإستجابة للإشارات الخارجية ظهرت في ك.فلاسيديوم ، بينما كان لها عدة “paralogoues” في النباتات البرية ، لوحظ أيضاً وجود نسبة عالية من نطاقات البروتين وومجموعات النطاقات في النباتات البرية (90.7% من نطاقات البروتين و 84.3% من مجموعات نطاقات البروتين) موجودة في ك.فلاسيدوم.
هرمونات النباتات وسيط في استجابة النبات للتعامل مع الجفاف و الملوحة و التجمد
تستجيب النباتات البرية للتغيرات في طبيعتها عبر افراز هرمونات ، نقوم هذه الهرمونات بإطلاق آليات الإستجابة ، مثال عن هذا هو حمض الأبسيسيك والذي يعتبر جزيء إشارة للتأقلم مع الجفاف و الملوحة والبرودة ، و الأوكسين والسيتوكينين اللذان يطلقان عدداً من آليات النمو الأساسية ، تم اكتشاف وجود بعض الهرمونات وجزء من الأضداد المتلقية لها وتعريفها في ك.فلاسيدوم ، رغم هذا فإن الكثير من المستقبلات المعروفة جيداً والأساسية في الإشارات الهرمونية النباتية كانت غائبة ما يقترح أن الطحلب قد طور أسلوب إشارة بدائي يشبه الخاص بالنباتات البرية.
تدفق الإلكترون الدوري للتعامل مع الضوء عالي الشدة
عدة ضغوط مثل الضوء العالي و الشدة و القحط تفعل آلية تدفق الإلكترون الدورية في ما يعرف بنظام الإستجابة للضغط في التركيب الضوئي الخاص بالنباتات العليا, ، يسبب تدفق الإلكترون الدوري عملية تبريد وإنتاج جزيء ال ATP ما يسمح بالتخلص من الطاقة الضوئية الزائدة لحماية النبات من الضرر ، اكتشف الباحثون 7 جينات تحمل الشفرة لآلية تدفق الإلكترون الدورية في ك. فلاسيدوم
“استعمار النباتات للأرض كان حدثاً أساسياً لتطور الحياة” يشير الباحثون في اليابان في تقرير أصدر مؤخراً ، هذا الانتقال قدم المغذيات والأوكسجين اللذان سمحا للمخلوقات البرية بالبقاء ، لكن حتى الآن لا يوجد دليل واضح على هذه المراحل في تطور النباتات والتغيير الذي سمح لها بالتأقلم من ظروف الحياة البحرية إلى الحياة البرية. بفضل تعاون الباحثين بقيادة Hiroyuki Ohta من مركز الموارد الحيوية والمعلوماتية/معهد الحياة الأرضية العلمي ، معهد طوكيو للتقنية في اليابان اكتشف الآن خصائص في جينوم طحلب بري بسيط تمثل خطوات هامة للنجاة في البيئات الأكثر قسوة والموجودة على اليابسة.
يعتقد بشكل واسع أن أسلاف النباتات الأرضية الحالية هي الـ”كاروفيت” (charophytes) وهي فرع من الطحالب الخضراء المتوزعة حول العالم و لكن رغم أهميتها الكبيرة في تطور الحياة حتى الآن لا تزال بيانات التسلسل الجيني للكاروفيت مشتتة.
الـ”charophyte Klebsormidium” هو كائن عديد الخلايا و بسيط جداً بحيث أن معظم سلالاته تستطيع العيش على اليابسة وفي الماء ، Ohta و أعضاء فريقه من الباحثين الذي يتضمن علماء من عدة معاهد في اليابان حلّلوا الجينوم الخاص بالكليبسورميديوم فلاسيدوم (Klebsormidium flaccidum) وقارنوه بطحالب ونباتات أرضية أخرى.
تقترح المقارنة أن الكثير من الجينات المطلوبة للبقاء على اليابسة كانت موجودة أصلاً في أسلاف الـ ك.فلاسيدوم ، كما وجدوا أن شفرات جينية لآليات تستجيب للمحفزات البيئية وللحماية من أشعة الشمس الشديدة.
يختتم الباحثون تقريرهم بقولهم: “تحيلينا يؤمن الدليل على أن ال ك. فلاسيدوم لديه الآلية الأساسية المطلوبة للتأقلم والبقاء في البيئة على اليابسة”.
الخلفية
تطور الحياة البرية
البيئات البحرية أكثر استقراراً من الأرضية بشكل واضح ، الضوء الشديد والأشعة الفوق البنفسجية والجفاف يمكنها أن تؤذي وتضغط على خلايا النباتات من دون الآليات التطورية الملائمة للتأقلم معها.
مقارنة النطاقات والعائلات الجينية
قام الباحثون بمقارنة ترتيب 31 بروتين من ك. فلاسيدوم مع 5 نباتات برية و7 طحالب من عائلة الكاروفيت و9 طحالب أخرى ، قارنوا الجينات الـ “paralogue” (جينات مختلفة أصلها يعود لجين أصلي واحد) و “singletons” (جينات مفردة) وعدد العائلات الجينية (من كل من السينجلتونز والبارالوغوس).
وجدوا ازدياداً في عدد العائلات الجينية في الطحالب طردياً مع العدد الكلي للجينات ، أما بالنسبة للنباتات البرية فعدد العائلات الجينية المستقرة وال “paralogous” يظهر بتكرار أقل ، من الملاحظ أن جينات لعمليات مهمة للحياة الأرضية كالإنشاء الحيوي لجدار الخلية والإستجابة للإشارات الخارجية ظهرت في ك.فلاسيديوم ، بينما كان لها عدة “paralogoues” في النباتات البرية ، لوحظ أيضاً وجود نسبة عالية من نطاقات البروتين وومجموعات النطاقات في النباتات البرية (90.7% من نطاقات البروتين و 84.3% من مجموعات نطاقات البروتين) موجودة في ك.فلاسيدوم.
هرمونات النباتات وسيط في استجابة النبات للتعامل مع الجفاف و الملوحة و التجمد
تستجيب النباتات البرية للتغيرات في طبيعتها عبر افراز هرمونات ، نقوم هذه الهرمونات بإطلاق آليات الإستجابة ، مثال عن هذا هو حمض الأبسيسيك والذي يعتبر جزيء إشارة للتأقلم مع الجفاف و الملوحة والبرودة ، و الأوكسين والسيتوكينين اللذان يطلقان عدداً من آليات النمو الأساسية ، تم اكتشاف وجود بعض الهرمونات وجزء من الأضداد المتلقية لها وتعريفها في ك.فلاسيدوم ، رغم هذا فإن الكثير من المستقبلات المعروفة جيداً والأساسية في الإشارات الهرمونية النباتية كانت غائبة ما يقترح أن الطحلب قد طور أسلوب إشارة بدائي يشبه الخاص بالنباتات البرية.
تدفق الإلكترون الدوري للتعامل مع الضوء عالي الشدة
عدة ضغوط مثل الضوء العالي و الشدة و القحط تفعل آلية تدفق الإلكترون الدورية في ما يعرف بنظام الإستجابة للضغط في التركيب الضوئي الخاص بالنباتات العليا, ، يسبب تدفق الإلكترون الدوري عملية تبريد وإنتاج جزيء ال ATP ما يسمح بالتخلص من الطاقة الضوئية الزائدة لحماية النبات من الضرر ، اكتشف الباحثون 7 جينات تحمل الشفرة لآلية تدفق الإلكترون الدورية في ك. فلاسيدوم