اكتشف العلماء كيفية تغيير التمثيل الغذائي للنباتات لجعلها تتحمل الجفاف

ويتسبب الجفاف في خسائر كبيرة في المحاصيل في العديد من مناطق العالم، ويهدد تغير المناخ بالتفاقم

الوضع في كل من المناطق المعتدلة والقاحلةالمناطق. وفي العمل الجديد الدكتورة نادين توبفر من معهد وراثة النبات وأبحاث المحاصيل. قام لايبنتز وزملاؤه في جامعة أكسفورد بالمملكة المتحدة بتحليل إمكانية إنشاء نباتات مقاومة للجفاف عن طريق إدخال استقلاب حمض الكراسولويد في المحاصيل.

استقلاب حمض الكراسوليدويد (المعروف أيضًا باسم التمثيل الضوئي CAM) هو مسار تثبيت الكربون الذي تطور في بعض النباتات كتكيف مع المناخات الجافة.

في النباتات التي تستخدم التمثيل الضوئي CAM، توجد الثغورعلى الأوراق تبقى مغلقة خلال النهار للحد من التبخر (وبعبارة أخرى، تبخر الماء). ومع ذلك، فإنها تفتح ليلاً لتجميع ثاني أكسيد الكربون، مما يسمح لها بنشر المالات (حمض الماليك) في خلايا الميزوفيل. في الليل، يتم تخزين ثاني أكسيد الكربون في الفجوة على شكل حمض الماليك رباعي الكربون، وخلال النهار يتم نقله إلى البلاستيدات الخضراء، حيث يتم تحويله مرة أخرى إلى ثاني أكسيد الكربون. ثم يتم استخدام ثاني أكسيد الكربون هذا أثناء عملية التمثيل الضوئي. يتركز ثاني أكسيد الكربون المجمع مسبقًا حول كربوكسيلاز الريبولوز ثنائي الفوسفات (إنزيم روبيسكو). إنه يزيد فقط من كفاءة عملية التمثيل الضوئي. تم اكتشاف آلية التمثيل الغذائي الحمضي هذه لأول مرة في نباتات عائلة Crassulaceae. النوع الأكثر شهرة من Crassula في روسيا هو Crassula، الذي حصل على لقب "شجرة المال".

استخدم العلماء نهجًا متطورًا للنمذجة الرياضية لدراسة آثار دمج التمثيل الضوئي لـ SAM في نباتات مختلفة.

الكاتبة الرئيسية نادين توبفر ، التي قامت بذلكقالت ماري كوري مع مجموعة البروفيسور لي سويتلو في أكسفورد ، أثناء عملها خلال فترة عملها كدكتوراه: "المحاكاة هي أداة قوية لاستكشاف الأنظمة المعقدة ، وتوفر رؤى يمكن أن تساعد في الأبحاث المختبرية والميدانية. أعتقد أن نتائجنا ستكون بمثابة مصدر إلهام للباحثين الذين يتطلعون إلى نقل خصائص توفير المياه لنباتات الطبابة البديلة إلى أنواع أخرى ".

باستخدام محاكاة عالية المدىدرجات الحرارة وظروف الرطوبة النسبية، تساءل مؤلفو الدراسة: هل ستكون عملية التمثيل الضوئي CAM أو الطرق البديلة لتوفير المياه أكثر إنتاجية في البيئات التي تزرع فيها المحاصيل التي تستخدم التمثيل الضوئي C3 عادةً؟

وجدوا أن سعة الفراغ للورقةهو العامل الرئيسي الذي يحد من كفاءة استخدام المياه أثناء عملية التمثيل الضوئي للطبابة البديلة. ووجدوا أيضًا أن الظروف البيئية تشكل ظهور مراحل مختلفة من دورة الطبابة البديلة. جعلت النمذجة الرياضية من الممكن تحديد دورة CAM بديلة ، والتي تتضمن نازعة هيدروجين الأيزوسيترات في الميتوكوندريا كعامل محتمل لتثبيت الكربون الأولي في الليل.

لم تظهر نتائجهم ذلك فقطتعتمد إمكانية توفير المياه لعملية التمثيل الضوئي لـ CAM بشكل كبير على البيئة (حيث تكون بيئة النهار أكثر أهمية من الليل). كما أشاروا إلى أن نظم التمثيل الغذائي البديلة بخلاف دورة الطبابة البديلة الطبيعية قد تكون مفيدة في ظل ظروف معينة. على سبيل المثال ، في الأيام الأقصر مع درجات حرارة أقل تطرفًا. ستساعد نتائج العلماء البشرية على الاستعداد لزراعة المحاصيل الغذائية في المناخات الحارة والجافة بشكل متزايد.

اقرأ أيضا

انتهت المهمة السنوية في القطب الشمالي والبيانات مخيبة للآمال. ما الذي ينتظر البشرية؟

شاهد سيارة هامر الجديدة تتغلب على العقبات على الطريق وتتحرك مثل السلطعون

في اليوم الثالث من المرض ، يفقد معظم مرضى COVID-19 حاسة الشم لديهم وغالبًا ما يعانون من سيلان الأنف