بررسی نقش ژنوم جلبک بر گیاهان

محققان دانشگاه کرنل، ژنوم یک جلبک تک‌سلولی -که قرابت بالایی به گیاهان زمینی موجود دارد- را مورد تجزیه و تحلیل قرار داده‌اند و سرنخ‌های مشاهده‌شده به اولین گیاهان آبزی برمی‌گردد. گزارش “The Penium margaritaceum Genome: Hallmarks of the Origins of Land Plants” که شامل خروجی‌های این تحقیق است، در 21 ام ماه می در ژورنال Cell منتشر شد. محققان با بررسی این ژنوم ها در صدد آن هستند که در مورد ساز و کارها و ژنتیک های گیاهان اطلاعات کافی پیدا کنند. 

دسته‌ای از جلبک‌های آب شیرین به نام کارفویت‌ها، شامل Penium margaritaceum هستند که به‌طور خاص در خانواده خود Zygnematophyceae را دارند و این گونه به 600 میلیون سال پیش مقارن با اولین گونه‌های گیاهان زمینی باز می‌گردد. گیاهان بایستی در برابر تابش اشعه‌های ماوراء بنفش از خود محافظت می‌کردند و این مطلب به مرور زمان باعث شد که آن‌ها ساختارهایی محافظت‌کننده برای خود بسازند.

استاد زیست‌شناسی گیاهی -Jocelyn Rose- بیان داشت: “پیش از این تحقیق، تقریباً در مورد ژنوم ابتدایی‌ترین گونه‌های گیاهی چیزی نمی‌دانستیم. با توجه به بررسی‌ها و تحلیل نتایج حاصله، ما به بینش عمیقی در این حیطه دست یافته‌ایم که ما را در تحقیقات مربوط به جلبک‌ها و گیاهان زمینی کمک می‌کند. این تحقیق بستری برای زیست‌شناسان گیاهی فراهم می‌کند که توسط آن منشأ مسیرهای مولکولی گیاهی و نیز سیستم‌های فرایندی و توسعه بیولوژیکی مورد بررسی قرار می‌گیرد و از این طریق در آینده شاهد تحقیقاتی خواهیم بود که جنبه‌ای جدید دارند و پیش از این شاهد حضورشان نبوده‌ایم.”

گرچه برخی گونه‌های جلبکی شاخه‌ای هستند، اما این تحقیق و نتایج داده‌های مولکولی آن نشان داد که گونه‌های اولیه شکلی ساده‌تر و در حقیقت فیلامنت-شکل دارند. Penium در زمین در محل‌هایی که آب شیرین موجود است رشد می‌کند و این سرمنشع رشد آن‌ها باید مکانی باشد که در معرض مستقیم رطوبت قرار داشته باشد و این عامل مهمی برای Penium ها است.

یکی از معضلات موجود این است که ژنوم Penium دارای مقدار زیادی DNA تکراری است که باعث می‌شود تحقیق با نقاط کور مواجه شود. دکتر Zhangjun Fei -استاد مؤسسه Boyce Thompson و استاد کمکی در بخش آسیب‌شناسی گیاهی و زیست‌شناسی گیاهی و میکروب- که مطالعات توالی و محاسبات را انجام داده است و یکی از نویسندگان مقاله است بیان داشت که: “ما طی این تحقیق متوجه شدیم که گونه‌های ژنومی بسیار متنوع و فراوان هستند. در انجام این تحقیق ما فلاونوئیدها را یافتیم که موادی شیمیایی هستند و می‌توانند از اشعه ماوراء بنفش محافظت کنند.“

ژنوم این جلبک تک‌سلولی کوچک، حتی از ژنوم ذرت بسیار مشهور و ژنوم انسان نیز بزرگ‌تر است. نه تنها خود فلاونوئیدها، بلکه بخش‌هایی از مسیر سنتزی در این حیطه نیز تشخیص داده شد. محققان همچنین ژن‌های درگیر در سیستم‌های نظارتی و هورمونی را که قبلاً فقط در گیاهان زمینی یافت شده‌اند و نیز ساز و کارهایی که باعث خشک شدن گیاهان از جمله تولید قارچ‌ها می‌شوند را شناسایی کردند.

آن‌ها تعداد زیادی ژن یافتند که به سنتز زیستی دیواره سلولی و سازماندهی مجدد ساختار کمک می‌کنند. محققان اذعان دارند که ژنوم Penium زمینه‌ساز تحقیقات جدیدی در تولید محصولات مدرن خواهد بود. این گروه در نظر دارد ژنوم دیگر گونه‌های کاروفیت را نیز بررسی کند. استاد زیست‌شناسی کالج Skidmore و متخصص در زمینه کاروفیت‌ها -David Domozych- بیان داشت: “این تحقیق توسط بنیاد ملی علوم، وزارت کشاورزی امریکا، پروژه PlantaSyst اتحادیه اروپا و Cornell Atkinson Center for Sustainability مورد حمایت قرار گرفت.”