2023 نویسنده: Sophia Otis | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2023-05-21 01:48
یک ژن گندم به تازگی شناسایی شده پروتئین هایی تولید می کند که به نظر می رسد به پوشش معده لارو مگس تخریب کننده محصول حمله می کند به طوری که حشرات از گرسنگی می میرند.
نقش این ژن در ایجاد مقاومت در برابر مگس‌های هسی برای وزارت کشاورزی ایالات متحده و محققان دانشگاه پوردو، کاشفان ژن و عملکرد آن، شگفت‌انگیز بود. آنها در حین بررسی روش های جدید و طولانی مدت برای محافظت از گندم در برابر آسیب حشرات به این یافته دست یافتند.
کریستی ویلیامز، دانشمند خدمات تحقیقات کشاورزی وزارت کشاورزی ایالات متحده و استادیار بخش حشره شناسی پردو، گفت: "این نوع دفاع متفاوتی از آنچه ما انتظار داشتیم است.""معمولاً ما انتظار داریم که گیاه دیواره های سلولی خود را تقویت کند یا سمومی بسازد تا در برابر حشرات و عوامل بیماری زا استفاده شود."
در عوض، محققان دریافتند که پروتئین خاصی به نام HFR-3، یکی از گروهی از مواد به نام لکتین ها، می تواند با یک کمپلکس کربوهیدرات در لارو مگس هسین متصل شود. لکتین به عنوان کلیدی برای ساختار کربوهیدرات عمل می کند که به نام کیتین شناخته می شود.
وقتی لاروها به یک گیاه مقاوم حمله می کنند، تولید لکتین گیاه به سرعت تا 3000 برابر افزایش می یابد. سپس لاروها لکتین را می بلعند. به گفته ویلیامز، احتمالاً این فعل و انفعال به لایه میانی روده غنی از کیتین لارو آسیب می رساند به طوری که نمی تواند مواد مغذی گیاه را جذب کند و باعث گرسنگی حشرات می شود.
برخی از لاروهای مگس هسین که به آنها بدخیم می گویند، می توانند بدن خود را از لکتین خلاص کرده و زنده بمانند. لاروهای بدخیم قادر به غیرفعال کردن لکتین نیستند.
ویلیامز گفت، با این حال، محققان بر این باورند که گیاهان مقاوم به تهاجم مگس هسی ممکن است چندین گونه از لکتین ها را در پاسخ به لاروهای بدخیم بسازند.
نتایج این مطالعه در شماره ژانویه مجله Molecular Plant Pathology منتشر شده است.
محققان همچنین کشف کردند که لکتین ها نه تنها به قسمت میانی معده حشره آسیب می رسانند، بلکه لکتین ها نیز طعم بدی دارند و مقداری سمیت دارند.
ویلیامز گفت: «با مطالعه این ژن‌های مختلف گندم، ما شروع به جمع‌آوری تصویر بزرگ‌تری از چگونگی برهم‌کنش‌های مگس و گندم هسینی در ایجاد مقاومت در گیاه کرده‌ایم. ما فکر می‌کنیم که برخی از این‌ها مربوط به این است که گیاه به اندازه کافی لکتین تولید می‌کند که آنقدر نامطبوع می‌شود که حشرات نمی‌توانند تغذیه کنند و از گرسنگی می‌میرند.»
گیاهان گندمی که لکتین های کمی تولید می کنند یا اصلاً به کیتین متصل می شوند، مستعد حمله لارو مگس هسی هستند. علاوه بر این، برخی از لاروهای بدخیم می توانند رشد گیاه را مجددا برنامه ریزی کنند تا سلول های برگ و پایه گیاه که در آن حشرات تغذیه می کنند، مواد مغذی مورد علاقه حشره را پمپاژ کنند. اگر این اتفاق بیفتد، حتی لاروهای ضعیف و غیرخیم روی همان برگ نیز شانس زنده ماندن دارند.
محققان کشف کردند که برنامه‌ریزی مجدد لارو مگس هسین برای سلول‌های گیاهی مقاوم تنها در مکان‌هایی که حشرات به آنها حمله می‌کنند، رخ می‌دهد. این مطالعه همچنین نشان داد که افزایش تعداد لارو روی یک گیاه باعث افزایش موازی در لکتین شد. این نشان می‌دهد که واکنش‌های گیاه گندم به این حشرات موضعی است و انرژی کمتری نسبت به یک پاسخ مقاومت جهانی‌تر مصرف می‌کند.
"ویلیامز گفت: "پیدا کردن برخی از راه هایی که گیاه قادر است به حشرات با مقاومت پاسخ دهد، در برنامه های اصلاحی محصولات مفید خواهد بود." ما در حال یافتن ترکیباتی مانند این لکتین اتصال دهنده به کیتین هستیم که بر خلاف تولید سموم و دیواره های قوی تر، هزینه زیادی برای تولید گیاه ندارد.
ویلیامز گفت: دانشمندان در حال حاضر به دنبال مناطق نظارتی در ژن‌های گندم حساس به مگس هسین هستند که ممکن است به عنوان وسیله‌ای برای حمل لکتین یا سم به گیاهان عمل کنند تا حشرات بدخیم را متوقف کنند.نواحی تنظیمی یا محرک‌ها از ژن‌هایی هستند که لارو مگس معمولاً آنها را دستکاری می‌کنند تا گیاهان مواد مغذی مفیدی برای حشره تولید کنند. در عوض، پروموتر به یک ژن لکتین یا سم متصل می شود و به سلول ها وارد می شود. هنگامی که لاروها پروموتر را دستکاری می کنند، به جای مواد مغذی، لکتین تغییر دهنده روده را دریافت می کنند.
برای پیشبرد تحقیقات خود در زمینه توسعه گیاهان مقاوم تر، محققان در حال کار بر روی یک ریزتراشه واحد هستند که مجموعه ای از ژن های مگس هسی و گندم است. این به دانشمندان اجازه می دهد تا تعاملات بین حشرات و گیاهان را مطالعه کنند. دانستن زمان و مکان آن فعل و انفعالات دانشمندان را قادر می سازد تا از تاکتیک مروج فقط در قسمت های رویشی گیاه گندم استفاده کنند نه در قسمت های سر یا دانه. این از کیفیت دانه و مصرف کننده محافظت می کند.
"وقتی بفهمیم کدام ژن ها فعال هستند و زمان برهم کنش ها، می توانیم واقعاً بفهمیم که حشره به گیاه چه می گوید و گیاه چگونه واکنش نشان می دهد."
مگس هسی که مزدوران آلمانی ظاهراً آن را در طول جنگ انقلاب به آمریکای شمالی وارد کردند، اگر توسط گیاهان مقاوم کنترل نشود، خسارات فاجعه باری به بار می آورد. در طول دهه 1980، ایالت جورجیا طی یک سال پس از غلبه بر ژن مقاومت گیاهان که در آن زمان در آن منطقه استفاده می شد، 28 میلیون دلار گندم از دست داد.
مگس هسی بسیار موذی است زیرا در واقع می تواند رشد گیاه گندم را کنترل کند.
مگس بالغ روی برگ های گیاه تخم می گذارد. پس از بیرون آمدن تخم‌ها، لاروهای ریز و قرمز به دست آمده به سمت پایین گندم می‌روند، جایی که از گیاه تغذیه می‌کنند. اگر گیاه در برابر حشره مقاوم نباشد، لاروها مواد شیمیایی را از بزاق خود به گیاه تزریق می کنند که فیزیولوژی و رشد گندم را کاملاً تغییر می دهد.
دیگر محققان این مطالعه دانشجویان فوق دکتری USDA، کورت سالتزمن و دیوید پوتوف، دانشجویان فارغ التحصیل پوردو، مارچلو جووانینی و مارتین گونزالو، و پروفسور زراعت پوردو، هربرت اهم بودند.
واحد تحقیقات تولید محصول و کنترل آفات خدمات تحقیقات کشاورزی USDA و برنامه CAPES وزارت آموزش و پرورش برزیل از این مطالعه حمایت کردند.
