Scott Poethig, John H. and Margaret B. Fassitt Professor Emeritus of Biology (Image: Jia He)
الشباب إلى الأبد: كيف يمكن لجزيء واحد أن يحافظ على النباتات في حالة الشباب. (2025)
في مملكة الحيوان، تعيش بعض الأنواع مثل بيتر بان: فهي لا تكبر أبدًا. على سبيل المثال، يحتفظ قنفذ البحر، موطنه المكسيك، بملامحه الصغيرة حتى بعد بلوغه مرحلة النضج الإنجابي. وتسمى هذه الظاهرة استدامة المرحلة اليرقية، وإذا حدثت في البشر، سنبدو مثل الأطفال الصغار طوال حياتنا. لكن استدامة المرحلة اليرقية لا تقتصر على الحيوانات فقط. في الواقع، إنه أمر شائع بشكل مدهش في النباتات أيضًا. “من المحتمل أن تحتوي النباتات على أمثلة على استدامة المرحلة اليرقية أكثر من الحيوانات”، كما يقول سكوت بويثيج، وجون إتش ومارجريت بي فاسيت، أستاذ فخري في علم الأحياء. في بحث توج بمسيرته المهنية نُشر في مجلة Proceedings of the National Academy of Sciences، كشف بوثيج عن الأسس الجينية وراء استدامة المرحلة اليرقية في النباتات. ويكشف هذا العمل كيف يمكن لمفتاح جزيئي واحد أن يجمد النبات في حالته الناشئة، وهو اكتشاف يقول بوثيج إنه ينطوي على آثار كبيرة على الحفاظ على البيئة، والبستنة، وأكثر من ذلك. التحول الوراثي في كل نبات أصبح سكوت بوثيج، وجون إتش، ومارجريت بي فاسيت أستاذًا فخريًا لعلم الأحياء (الصورة: جيا هي) أصبح بويثيج مفتونًا بالنباتات لأول مرة في كلية الدراسات العليا، عندما قام بالتحقيق في طفرات الذرة. أدى عمله اللاحق في نبات الأرابيدوبسيس، وهو نبات صغير من عائلة الخردل، إلى اكتشاف جزيء يتحكم في الوقت الذي تطور فيه النباتات سماتها البالغة. الجزيء، المسمى miR156، هو نوع من microRNA، وهو فئة من الحمض النووي الريبي (RNA) تساعد في تنظيم التعبير الجيني. لقد اتضح، وفقًا لعمل بوثيج، أن miR156 هو المفتاح لانتقال الأرابيدوبسيس من مرحلة الحدث إلى مرحلة البلوغ. وهذا التحول منفصل عن النضج الإنجابي، ويتضمن عمومًا سمات فيزيائية تساعد النبات على التكيف مع المراحل المختلفة من حياته. على سبيل المثال، قد تكون الأوراق اليافعة في بعض أنواع النباتات أكثر ملاءمة للنمو السريع في البيئات الرطبة والتنافسية، في حين أن الأوراق البالغة تكون جيدة في الظروف الجافة والإضاءة العالية. وجد بوثيج أن نبات الأرابيدوبسيس يحتوي على مستويات عالية من miR156 في مرحلة البلوغ، مما يمنع الجينات المرتبطة بصفات البالغين من التعبير، لكن هذه المستويات تنخفض بشكل طبيعي في مرحلة البلوغ. من خلال تحليل الحمض النووي الريبوزي (RNA) في عينات اليافعة والبالغة من شجرة الكينا من سان فرانسيسكو، وأشجار السنط من أستراليا، واللبلاب والبلوط من حرم جامعة بنسلفانيا، أكد بويثيج أن مستويات miR156 تتحكم في انتقال الأحداث إلى البالغين في النباتات في جميع أنحاء العالم. يقول بوثيج: “كل النباتات تفعل ذلك، ولم يكتشف أحد الآلية من قبل”. لماذا لا تنمو بعض النباتات أبدًا؟ مثل قنافذ البحر، لا تنتقل بعض أنواع النباتات أبدًا من مرحلة الحداثة إلى مرحلة البلوغ. خذ السنط، وهو جنس يضم حوالي 1000 نوع من الشجيرات والأشجار. تحتفظ حفنة من هذه النباتات بتركيبتها الورقية المعقدة للأحداث بدلاً من تطوير بنية مبسطة للأوراق البالغة. أراد بوثيج أن يعرف ما إذا كان miR156 هو السبب. كطالب دراسات عليا في مختبر بوثيج، قام آرون ليشتي، وهو الآن باحث في مركز التعبير الجيني للنباتات التابع لوزارة الزراعة الأمريكية وأستاذ في قسم علم الأحياء النباتية والميكروبية في جامعة كاليفورنيا، بيركلي، بزراعة أكثر من 100 نوع من أنواع السنط في الدفيئة الزراعية في بنسلفانيا. يقول ليختي: “كانت كل نبتة قمنا بزراعتها لأول مرة بمثابة مفاجأة بالنسبة لنا، حيث لم يكن أحد منا قد رأى هذه النباتات في البرية حقًا”. قام Leichty بقياس المدة التي بقيت فيها كل شجرة في مرحلتها اليافعة واستخدم تسلسل الحمض النووي لرسم العلاقات التطورية بين الأنواع المختلفة. كشفت النتائج أن استدامة المرحلة اليرقية من المحتمل أنها تطورت بشكل مستقل سبع مرات على الأقل في أكاسيا، ومن المحتمل أن المستويات الأعلى من miR156 لعبت دورًا في بعض هذه الأحداث. على مر السنين، جعلت هدفي هو إقناع الناس بأن النباتات مثيرة للاهتمام. إنها مهمة بالنسبة لك، بالنسبة لي، بالنسبة للكوكب. لا يزال بوثيج ولايتشتي يبحثان في الجينات الرئيسية وراء هذه العملية. يقول بوثيج: “نعتقد أن هذا الشباب المطول يرجع إلى طفرة في جين واحد أو اثنين فقط، وهو أمر مهم للغاية”. “يشكك بعض الناس في عملية التطور، لكننا قد نرى كيف يمكن لطفرة واحدة أن تمنحك نباتًا مختلفًا تمامًا.” كشفت أهمية فهم رسم خرائط السنط عن نمط غير متوقع: تتجمع هذه الأنواع “الشابة إلى الأبد” على طول السواحل الجنوبية الغربية والجنوبية الشرقية لأستراليا، وهي مناطق ذات مناخ بارد ورطب، في حين كانت أقاربها ذات الأوراق البالغة تهيمن على المناطق الداخلية الحارة القاحلة في القارة. ويشير هذا، بحسب الباحثين، إلى أن الحفاظ على سمات الأحداث يوفر ميزة تنافسية في بيئات معينة. يقول ليختي: “من المحتمل أن يكون استدامة المرحلة اليرقية بمثابة تكيف مع النظم البيئية المعتدلة وشبه الاستوائية، حيث يعد النمو السريع أمرًا أساسيًا للمنافسة”. يشير البحث أيضًا إلى تطبيقات عملية: نظرًا لأن miR156 يعمل كمنظم رئيسي للنمو، فإن ضبط تعبيره يمكن أن يساعد العلماء على تصميم النباتات وفقًا للاحتياجات المختلفة. على سبيل المثال، يمكن أن يؤدي التلاعب بالجزيء إلى تبسيط عملية تكاثر النباتات أو المساعدة في ملاءمة المحاصيل للمناخات المحلية، مما يؤدي إلى إنشاء أصناف تنمو بشكل أسرع، أو تستخدم المياه بشكل أكثر كفاءة، أو تقاوم الآفات بشكل أفضل. ومن خلال إطالة مرحلة الحداثة، عندما تكون الأوراق أكثر كفاءة في عملية التمثيل الضوئي وتحتوي على مواد خشبية أقل سمكا، فإن تغيير miR156 يمكن أن يجعل إنتاج الوقود الحيوي أسهل. وفي نهاية المطاف، يقول بوثيج إنه يأمل أن يؤدي هذا العمل إلى توسيع طريقة تفكير العلماء في تطوير النبات. ويقول: “عليك أن تتذكر أن النباتات تتغير طوال حياتها”. “يميل علماء الأحياء النباتية إلى التركيز على الإزهار، لكن التغيرات التنموية الأخرى لها نفس القدر من الأهمية”. وبعد قضاء حياته في كشف تلك التحولات الخفية، يريد مشاركتها مع الجميع. ويقول: “على مر السنين، جعلت هدفي هو إقناع الناس بأن النباتات مثيرة للاهتمام”. “إنها مهمة بالنسبة لك، ولي، وللكوكب.”
تم النشر: 2026-06-09 09:25:00
مصدر: omnia.sas.upenn.edu
