کشف چگونگی احساس دما در گیاهان

زمانی که هوای بیرون گرم می‌شود، انسان‌ها و حیوانات به‌دنبال سایه‌بان و جایی خنک می‌گردند اما گیاهان در این شرایط گیر می‌افتند. درواقع گیاهان به روش‌های مختلفی در برابر افزایش دما پاسخ می‌دهند. دما روی الگوی پراکندگی گیاهان در زمین تاثیر می‌گذارد. این مسئله همچنین روی زمان گل‌دهی، تولید محصول و حتی مقاومت به بیماری در گیاه تاثیرگذار است. منگ چن استاد زیست‌شناسی سلولی در دانشگاه کالیفرنیا می‌گوید:

این موضوع مهم است که بدانیم گیاهان چگونه دربرابر دما پاسخ می‌دهند تا بتوانیم نه تنها وضعیت غذایی آینده را پیش‌بینی کنیم بلکه همچنین تکنولوژی‌هایی جدیدی را توسعه دهیم تا به گیاهان در مقابله با افزایش دما کمک کنیم.

یکی از موضوعات مورد توجه دانشمندان این بوده است که گیاهان چگونه دما را در طول روز تحمل می‌کنند، اما تا همین اواخر این مکانیسم ناشناخته مانده بود. پژوهشگرانی تحت هدایت چن به بررسی نقش فیتوکروم B، یک مسیر ملکولی که ممکن است نقش محوری در نحوه‌ی پاسخ گیاهان به دما داشته باشد، پرداخته‌اند.

پژوهشگران در این مطالعه آغازگرهای ژنتیکی که گیاهان را برای رشد تحت شرایط دمایی مختلف آماده می‌کنند، مورد بررسی قرار داده‌اند. آن‌ها برای این مطالعه، از گیاه رشادی که نوعی شب‌بو است، استفاده کرده‌اند. رشد گیاهان از ساعات زیستی پیروی می‌کند و توسط فصول کنترل می‌شود. تمام فرایندهای فیزیولوژیکی گیاه به‌صورتی برنامه‌ریزی شده‌اند که در زمان‌های خاصی از روز اتفاق بیفتند.

دانشمندان بر این باورند که گیاه رشادی افزایش در دما در هنگام غروب را احساس می‌کند. در شرایط طبیعی، این گیاه که یک گیاه زمستانه است، احتمالا هیچ‌گاه با دمای بالاتر در هنگام شب مواجه نمی‌شود. چن می‌گوید:

این موضوع همیشه برای ما گیج‌کننده بوده است. چیزی که ما درمورد مسیر سیگنال‌دهی فیتوکروم تصور می‌کنیم این است که این گیاه باید دمای بالاتر در هنگام روز را نیز احساس کند.

درواقع گیاه رشادی با تغییر فصل، در زمان‌های مختلفی از روز رشد می‌کند. طی تابستان، این گیاه در طول روز رشد می‌کند اما در فصل زمستان رشد گیاه در طول شب اتفاق می‌افتد. در آزمایشات گذشته که در آن‌ها شرایط زمستان شبیه‌سازی شده بود، پاسخ قابل‌توجهی در فیتوکروم B مشاهده شد اما آزمایشاتی که شرایط تابستان را شبیه‌سازی کرده بودند، نتایج چندان مطمئنی حاصل نکردند. چن و گروهش تصمیم گرفتند که نقش فیتوکروم B را در گیاه رشادی در دماهای ۲۱ درجه‌ی سانتیگراد و ۲۷ درجه‌ی سانتیگراد تحت نور قرمز مورد بررسی قرار دهند. این طول موج خاص به این گروه اجازه داد که نحوه‌ی عملکرد این حسگر گیاهی را بدون تداخل دیگر امواج نوری بررسی کنند. چن گفت:

تحت این شرایط ما شاهد یک پاسخ قوی بودیم. این پژوهش نشان می‌دهد که فیتوکروم B در روزهای تابستان یک حسگر دمایی است. بدون این گیرنده‌ی نوری، پاسخ در گیاهان به‌طور معنی‌داری کاهش می‌یابد.

علاوه‌بر مطالعه‌ی عملکرد فیتوکروم B، پژوهشگران نقش HEMERA را نیز در این رابطه مورد بررسی قرار دادند. HEMERA یک عامل فعال‌کننده‌ی رونویسی است که موحب فعال شدن ژن‌های پاسخ‌دهنده در برابر دما می‌شود. این ژن‌ها روی رشد گیاه تاثیر دارند. چن گفت:

ما واحد اصلی کنترل‌کننده‌ی احساس دما در گیاهان را پیدا کردیم. HEMERA در تمام گیاهان از خزه گرفته تا گیاهان گلدار حفظ شده است.

این پژوهشگران درواقع مکانیسم ژنتیکی که توسط تمام گیاهان در پاسخ به روشنایی روز استفاده می‌شود و درواقع توانایی احساس دما در آن‌ها را کشف کردند. چن خاطر نشان می‌کند که این احتمال وجود دارد که واکنش تمام گیاهان به‌صورت واکنش گیاه رشادی نباشد. قبل از اینکه این پژوهش بتواند وارد مرحله‌ی عملیاتی شود، لازم باشد که از چگونگی رفتار این مسیر سیگنال‌دهی دمایی را در سیستم‌های گیاهان مختلف آگاه شویم. چن اعتقاد دارد که این مسیر احتمالا برای تمام گیاهان مشابه است و ممکن است نیاز به تغییرات جزئی داشته باشد. پژوهشگران امیدوارند که این مطالعه را در شرایط پیچیده‌تر مانند وجود نور سفید یا نور طبیعی تکرار کنند.. چن همچنین قصد دارد بررسی کند چگونه دیگر سیستم‌های گیاهی از HEMERA برای تحمل دما استفاده می‌کنند. او گفت:

برای مقابله با تغییرات دمایی سریع مرتبط با گرم شدن کره زمین، ما ممکن است مجبور باشیم به طبیعت کمک کنیم تا بتواند گیاهان را در جهت سازگاری با محیط‌های جدید به جلو براند. این امر نیازمند درک ملکولی از چگونگی احساس و پاسخ به دما در گیاهان است.