اكتشف العلماء أول أنسجة نباتية جديدة منذ 160 عامًا – وهي تزيد من إنتاجية المحاصيل

اكتشفت مجموعة بحثية بقيادة الدكتور ريوشيرو كاساهارا نسيجًا نباتيًا جديدًا ضروريًا لتكوين البذور، والذي سيتم تسميته على شرفه.

فريق بحثي في جامعة ناغويا في اليابان، حددوا نسيجًا نباتيًا لم يكن معروفًا من قبل، يلعب دورًا حاسمًا في تكوين البذور. وهذه هي المرة الأولى منذ 160 عامًا التي يقوم فيها العلماء بتوثيق أنسجة نباتية تم التعرف عليها حديثًا. يفتح هذا الاكتشاف الباب أمام مجال بحثي جديد تمامًا، وقد أظهر بالفعل إمكانات في العالم الحقيقي، حيث استخدمت المجموعة هذا الاكتشاف لتعزيز إنتاجية المحاصيل الرئيسية مثل الأرز. تظهر الدراسة في المجلة علم الأحياء الحالي.

لقد عرف العلماء منذ عام 2005 أن الإخصاب يجب أن يحدث حتى يتمكن جسم البذرة النامي، المسمى تحت الفلقة، من استخلاص العناصر الغذائية من الأنسجة “الأم” للنبات. يعد اكتساب نظرة ثاقبة حول كيفية إدراك النباتات لنجاح عملية الإخصاب أمرًا مهمًا لتحسين إنتاجية المحاصيل أثناء جهود التكاثر.

ملاحظة الصدفة تؤدي إلى اختراق

واجه الفريق، الذي أخرجه ريوشيرو كاساهارا وميتشيتاكا نوداغوتشي، النسيج الجديد بشكل غير متوقع. كان كاساهارا يصبغ البذور لملاحظة تراكم الكالوز، وهي مادة شمعية غالبًا ما يتم فحصها لمعرفة دورها في الإخصاب، كجزء من الجهود المبذولة لتأكيد الأبحاث السابقة.

خلال هذا العمل، صادف شيئًا مفاجئًا.

وأضاف: “تقوم النباتات بالتخصيب عن طريق إدخال أنبوب حبوب اللقاح، لذلك يهتم معظم العلماء فقط بالمكان الذي يحدث فيه ذلك. ومع ذلك، وجدنا إشارات على الجانب الآخر أيضًا”. “لم يكن أحد ينظر حيث كنت أنظر. أتذكر أنني فوجئت، خاصة عندما أدركنا أن هذه الإشارة كانت قوية بشكل خاص عندما فشل الإخصاب”.

وكشف المزيد من التحليل عن بنية نسيجية مميزة على شكل أرنب تعمل كبوابة. يمثل هذا الهيكل، المسمى “بوابة كاساهارا” تكريما لمكتشفه، أول أنسجة نباتية جديدة تم تحديدها منذ منتصف القرن التاسع عشر.

كانت الإشارة التي لاحظها كاساهارا ناتجة عن ترسيب الثفن، الذي يمنع تدفق العناصر الغذائية والهرمونات إلى البذور غير المخصبة. أدى إغلاق البوابات إلى عدم حصول البذور على العناصر الغذائية وموتها. وقد أطلق الباحثون على هذه الحالة اسم “الحالة المغلقة”. من ناحية أخرى، عندما يحدث الإخصاب، يكتشف تحت الفلقة هذا النجاح ويذيب الثفن، مما يسمح للعناصر الغذائية بالتدفق إلى البذرة وتمكين النمو. أطلق الباحثون على هذه الحالة اسم “الحالة المفتوحة”.

تدفق المغذيات: النجاح مقابل الفشل

وأوضح كاساهارا: “عندما تمت مقارنة تدفق العناصر الغذائية بين الأجنة التي تم تخصيبها بنجاح والأجنة غير الناجحة، وجد أن تدفق العناصر الغذائية تمت ملاحظته فقط في الأجنة الناجحة، في حين تم حظره تمامًا في الأجنة غير الناجحة”. “وهذا يحد من كمية الموارد المهدرة على البذور غير القابلة للحياة.”

إن قدرة البوابة على التبديل بين الحالات المفتوحة والمغلقة تشير إلى التنظيم الجيني. قام الباحثون بفحص النقصات النباتية المخصبة لتحديد الضوابط الوراثية المحتملة.

لقد حددوا جينًا يسمى AtBG_ppap والذي تم تنظيمه حصريًا في الفصائل السفلية المخصبة وحددوا دوره في إذابة الكالوز. عندما قاموا بتعديل الفلقات السفلية لزيادة التعبير عن AtBG_ppap، ظلت البوابة بشكل دائم في حالة البوابة المفتوحة، مما أدى إلى زيادة امتصاص العناصر الغذائية.

وقال كاساهارا: “لقد قادنا هذا إلى إدراك أن إبقاء البوابة مفتوحة بشكل دائم يمكن أن يؤدي إلى تكبير البذور”. “عندما اختبرنا هذه النظرية مع بذور الأرز، صنعنا بذورًا أكبر بنسبة 9%، باستخدام بذور من مصادر أخرى صِنفونجحنا في تحقيق زيادات تصل إلى 16.5%».

وتمثل النتائج التي توصلوا إليها تقدما كبيرا في تعزيز البذور في تربية النباتات. إن الحفاظ على حالة مفتوحة بشكل دائم يمكن أن يؤدي إلى زيادة كبيرة في إنتاجية المحاصيل المهمة.

ويعتقد كاساهارا أيضًا أن هذه النتائج ستعزز فهم تطور النبات، وخاصة سبب سيطرة النباتات المزهرة (كاسيات البذور) على الحياة النباتية اليوم. وقال: “بما أن الهايبوكوتيل غير المخصب لا يمكن أن يصبح بذرة في المقام الأول، فإن إطعامه سيكون “إهدارًا” للنبات”. “ولذلك، ربما كانت كاسيات البذور قادرة على البقاء حتى العصر الحديث عن طريق تغذية جسم الجنين باستخدام هذه الآلية للتأكد من أنها تعطي الموارد فقط للبذور المخصبة”.

المرجع: “بوابة اللحاء النهائية المعتمدة على الإخصاب تنظم حجم البذور” بقلم Xiaoyan Liu، Kohdai P. Nakajima، Prakash Babu Adhikari، Xiaoyan Wu، Shaowei Zhu، Kentaro Okada، Tomoko Kagenishi، Ken-ichi Kurotani، Takashi Ishida، Masayoshi Nakamura، Yoshikatsu Sato، Yaichi Kawakatsu، Liyang Xie، Chen Huang، جيالي هي، كين يوكاوا، شينيتشيرو ساوا، تيتسويا هيغاشياما، كينت جيه برادفورد، ميتشيتاكا نوتاغوتشي وريوشيرو دي كاساهارا، 7 أبريل 2025، علم الأحياء الحالي.
دوى: 10.1016/j.cub.2025.03.033

لا تفوت أي اختراق: انضم إلى النشرة الإخبارية SciTechDaily.
تابعونا على جوجل و أخبار جوجل.