دانشمندان با مهندسی ژنتیک گیاهان، به جنگ تغییرات آب‌وهوا می‌روند

محققان دریافته‌اند چگونه می‌توان با افزایش رشد ریشه به کمک مهندسی ژنتیک روی گیاهان، توانایی ذخیره کربن، مقاومت به کم‌آبی و همچنین محافظت در برابر سیل در آن‌ها را به‌طور بالقوه بهبود بخشید. این پژوهش توسط بخش کنترل قریحه گیاهی مؤسسه سالک (The Salk Institute’s Harnessing Plants Initiative) انجام‌ گرفته است؛ جایی که به جستجوی راه‌هایی برای خارج کردن کربن از جو و ذخیره آن در زمین با استفاده از گیاهان پرداخته می‌شود.

وقتی یک گیاه، سیستم ریشه‌ی عمیق‌تری را رشد می‌دهد، باعث می‌شود ذخیره‌ی کربن در عمق بیشتر و زمین پایدارتری صورت گیرد؛ اگرچه کنترل رشد ریشه‌ی گیاه این‌طور که به نظر می‌رسد، کار آسانی نیست. مدت زیادی است که دانشمندان می‌دانند، هورمون گیاهی اکسین مسئول رشد ریشه است؛ اما نمی‌دانند این هورمون دقیقاً چگونه روی رشد سیستم ریشه اثر می‌گذارد. این پژوهش که در تاریخ ۱۲ ژوئیه امسال در Cell منتشر شد، از یک نمونه‌ی مخصوص رازیانه آبی (Arabidopsis) برای تشخیص یک ژن خاص (EXOCYST۷۰A۳) که مسئول کنترل رشد ریشه با تغییر میزان اکسین دریافتی توسط نوک آن‌ها است، استفاده کرده است. این ژن یا ژن‌های بسیار مشابهش در تمام گیاهان موجود است و این امکان را به پژوهشگران می‌دهد که تقریباً همه‌ی گیاهان را به‌منظور رشد عمیق‌تر ریشه مهندسی کنند.

چگونگی عملکرد ژن‌ها با غیرفعال کردن آن‌ها مورد آزمایش قرار می‌گیرد. به‌طور طبیعی، ریشه‌ها در بسیاری جهات رشد می‌کنند اما جهت رشد اکثر آن‌ها رو به پایین است. پژوهشگران ژن EXOCYST۷۰A۳ به‌عنوان عامل هدایتگر رشد ریشه‌ها شناسایی و اتفاقی که در غیاب عملکرد آن می‌افتد را بررسی کردند. وقتی آن‌ها عملکرد این ژن را ابتدا غیرفعال کرده و سپس افزایش دادند، باعث رشد عمیق‌تر آن دسته از ریشه‌هایی شدند که معمولا کم‌عمق و سطحی رشد می‌کردند.

گیاهان با رشد ریشه‌های خود، کربن را به‌صورت کربوهیدرات‌های پیچیده ذخیره می‌کنند تا میکروب‌های خاک نتوانند به‌آسانی آن‌ها را شکسته و کربن را به اتمسفر بازگردانند. بخش کنترل قریحه‌ی گیاهی برای افزایش ذخیره‌ی کربن در مولکول‌های سوبرین (که اساسا چوب‌پنبه است) تلاش می‌کند. سوبرین در ریشه‌ی گیاهان یافت می‌شود و به نظر می‌رسد نسبتا در مقابل تجزیه مقاوم است. همچنین رشد عمیق‌تر ریشه‌ی گیاهان به‌معنی شانس کمتر کربن برای بازگشت به اتمسفر است. ولف گنگ بوش، نویسنده‌ی اصلی این نوشته می‌گوید:

هدف از این کار، افزایش ظرفیت ذخیره‌ی کربن نیست؛ بلکه ذخیره‌سازی در قسمتی از خاک است که کربن در آن پایداری بیشتری دارد. تغییرات زیست‌شیمیایی باعث افزایش ثبات می‌شود.

محققان پیش‌بینی کرده‌اند که این فرایند مخصوصا برای محصولات زراعی مفید است. بسیاری از محصولات مثل ذرت بسیار بزرگ‌تر از تیره‌ی رازیانه آبی هستند و می‌توانند سیستم ریشه‌ی عمیقی داشته باشند؛ زیرا آن‌ها به‌طور گسترده در هر اندازه‌ای کاشته می‌شوند. آن‌ها یک نمونه ایده‌آل برای این اصلاح ژنتیکی هستند.

سیستم ریشه‌ی عمیق‌تر مزایای دیگری نیز دارد. چون تیره‌ی رازیانه آبی بسیار کوچک است و سیستم ریشه‌ی گسترده‌ای هم ندارد، ریشه‌های کم‌عمق آن مقاومت بهتری در مقابل خشکی نشان داده‌اند. اگرچه در بیشتر گیاهان ریشه‌های عمیق‌تر به زنده ماندن آن‌ها در زمان خشک‌سالی کمک می‌کند؛ زیرا هنگامی‌که خورشید آب موجود در خاک‌های سطحی را خشک کرده است، ریشه‌های بلندتر می‌توانند از آب ته‌نشین شده در لایه‌های زیرین خاک استفاده کنند. کربن بیشتر موجود در خاک که از همین سیستم ریشه عمیق‌تر حاصل‌شده است، باعث افزایش ظرفیت آب درون خاک می‌شود؛ همچنین موجب افزایش پایداری خاک و درنتیجه مقاومت بیشتر در برابر فرسایش حاصل از سیل می‌گردد.

در نتیجه‌، نه‌تنها گیاهان تغییرات آب و هوایی را کند می‌کنند، بلکه برای محافظت از خودشان در برابر بعضی حوادث شدید آب و هوایی ناشی از آن نیز آماده می‌شوند. پژوهشگران تصمیم دارند این اصلاح ژنتیکی جدید را روی سایر گیاهان نیز انجام دهند تا به آن‌ها در گرفتن و ذخیره کربن بیشتر کمک کنند.