พืชบางชนิดสามารถอยู่ได้หลายเดือนโดยไม่ต้องใช้น้ำ แต่จะเปลี่ยนเป็นสีเขียวอีกครั้งหลังจากฝนห่าใหญ่ การศึกษาล่าสุดของมหาวิทยาลัยบอนน์และมิชิแกนแสดงให้เห็นว่าสิ่งนี้ไม่ได้เกิดจาก "ยีนมหัศจรรย์" แต่ความสามารถนี้เป็นผลมาจากเครือข่ายยีนทั้งหมด ซึ่งเกือบทั้งหมดมีอยู่ในสายพันธุ์ที่อ่อนแอกว่าด้วย ผลลัพธ์ได้ปรากฏทางออนไลน์แล้วใน วารสารพืช.
ในการศึกษาของพวกเขา นักวิจัยได้พิจารณาอย่างใกล้ชิดถึงสายพันธุ์ที่ได้รับการศึกษามาอย่างยาวนานที่มหาวิทยาลัยบอนน์ นั่นคือ Craterostigma plantagineum ซึ่งเป็นพืชคืนชีพ ชื่อของมันค่อนข้างถูกต้อง: ในยามแล้ง ใคร ๆ ก็คิดว่ามันตายแล้ว แต่ถึงแม้จะผ่านฤดูแล้งมาหลายเดือน น้ำเพียงเล็กน้อยก็เพียงพอที่จะชุบชีวิตได้ “ที่สถาบันของเรา เราได้ศึกษาว่าพืชทำสิ่งนี้มาเป็นเวลาหลายปีได้อย่างไร” ศ.ดร.โดโรเธีย บาร์เทลส์ จากสถาบันสรีรวิทยาระดับโมเลกุลและเทคโนโลยีชีวภาพของพืช (IMBIO) แห่งมหาวิทยาลัยบอนน์อธิบาย
ความสนใจของเธอรวมถึง ยีน ที่มีหน้าที่ทนแล้ง เห็นได้ชัดว่าความสามารถนี้ไม่ได้เป็นผลมาจาก "ยีนมหัศจรรย์" เพียงตัวเดียว แต่มียีนจำนวนมากเข้ามาเกี่ยวข้อง ซึ่งส่วนใหญ่พบในสปีชีส์ที่ไม่สามารถรับมือกับภัยแล้งได้ดีนัก
พืชมีโครโมโซมแต่ละตัวแปดชุด
ในการศึกษาในปัจจุบัน ทีมของ Bartel ร่วมกับนักวิจัยจากมหาวิทยาลัยมิชิแกน (สหรัฐอเมริกา) ได้วิเคราะห์จีโนมที่สมบูรณ์ของ Craterostigma plantagineum และสิ่งนี้ถูกสร้างขึ้นค่อนข้างซับซ้อน: ในขณะที่สัตว์ส่วนใหญ่มีโครโมโซมแต่ละแท่งสองชุด—หนึ่งชุดมาจากแม่ อีกชุดหนึ่งมาจากพ่อ—Craterostigma มีแปดชุด จีโนม "แปดเท่า" ดังกล่าวเรียกอีกอย่างว่าออคโทพลอยด์ ตรงกันข้าม มนุษย์เรากลับซ้ำซ้อน
“การเพิ่มจำนวนของข้อมูลทางพันธุกรรมสามารถสังเกตได้ในหลายๆ พืช ที่ได้พัฒนาภายใต้ สภาวะสุดขั้ว"บาร์เทลส์กล่าว แต่ทำไมถึงเป็นเช่นนั้น? เหตุผลที่น่าจะเป็นไปได้: ถ้ายีนมีอยู่แปดชุดแทนที่จะเป็นสองชุด โดยหลักการแล้วจะสามารถอ่านได้เร็วกว่าสี่เท่า ดังนั้น จีโนมออคโตพลอยด์จึงสามารถผลิตโปรตีนที่จำเป็นในปริมาณมากได้อย่างรวดเร็ว ความสามารถนี้ดูเหมือนจะมีความสำคัญต่อการพัฒนาของ ทนแล้ง.
ใน Craterostigma ยีนบางตัวที่เกี่ยวข้องกับความทนทานต่อความแห้งแล้งจะยิ่งถูกจำลองขึ้นอีก ซึ่งรวมถึงสิ่งที่เรียกว่า ELIP ซึ่งเป็นตัวย่อของ "โปรตีนที่เหนี่ยวนำให้เกิดแสงในยุคแรกเริ่ม" เนื่องจากพวกมันถูกเปิดอย่างรวดเร็วด้วยแสงและป้องกันความเครียดจากปฏิกิริยาออกซิเดชัน มีจำนวนสำเนาสูงในสายพันธุ์ที่ทนแล้งทั้งหมด
Bartels อธิบายว่า "Craterostigma มียีนเกือบ 200-ELIP ที่เกือบจะเหมือนกันและอยู่ในกระจุกขนาดใหญ่จำนวน XNUMX หรือ XNUMX สำเนาบนโครโมโซมที่แตกต่างกัน" Bartels อธิบาย ดังนั้นพืชที่ทนแล้งจึงสามารถดึงเครือข่ายยีนที่กว้างขวางซึ่งพวกมันสามารถควบคุมได้อย่างรวดเร็วในกรณีที่เกิดภัยแล้ง
สายพันธุ์ที่ไวต่อภัยแล้งมักจะมียีนเดียวกัน แม้ว่าจะมีจำนวนสำเนาน้อยกว่าก็ตาม สิ่งนี้ไม่น่าแปลกใจเช่นกัน: เมล็ดและละอองเรณูของพืชส่วนใหญ่มักจะยังคงสามารถงอกได้หลังจากไม่มีน้ำเป็นเวลานาน ดังนั้นพวกเขาจึงมีโปรแกรมพันธุกรรมเพื่อป้องกันภัยแล้ง “อย่างไรก็ตาม โดยปกติแล้วโปรแกรมนี้จะปิดเมื่อเมล็ดงอก และไม่สามารถเปิดใช้งานได้อีกในภายหลัง” นักพฤกษศาสตร์อธิบาย “ในทางตรงกันข้าม ต้นไม้ฟื้นคืนชีพ มันยังคงทำงานอยู่”
สายพันธุ์ส่วนใหญ่ 'ทำได้' ทนแล้ง
ความทนแล้งจึงเป็นสิ่งที่พืชส่วนใหญ่ “ทำได้” ยีนที่ให้ความสามารถนี้อาจเกิดขึ้นในช่วงต้นของวิวัฒนาการ อย่างไรก็ตาม เครือข่ายเหล่านี้มีประสิทธิภาพมากกว่าในสายพันธุ์ที่ทนแล้ง และยิ่งกว่านั้น ไม่ได้ใช้งานในบางช่วงของวงจรชีวิตเท่านั้น
ที่กล่าวว่าไม่ใช่ทุกเซลล์ใน Craterostigma plantagineum ที่มี "โปรแกรมภัยแล้ง" เหมือนกัน สิ่งนี้แสดงโดยนักวิจัยจากมหาวิทยาลัยดึสเซลดอร์ฟซึ่งมีส่วนร่วมในการศึกษานี้ด้วย ตัวอย่างเช่น ยีนเครือข่ายความแห้งแล้งที่แตกต่างกันจะทำงานในรากระหว่างการผึ่งให้แห้งมากกว่าในใบ การค้นพบนี้ไม่ใช่เรื่องที่คาดไม่ถึง ตัวอย่างเช่น ใบไม้จำเป็นต้องปกป้องตัวเองจากผลกระทบที่เป็นอันตรายของดวงอาทิตย์ พวกเขาได้รับความช่วยเหลือจาก ELIP เป็นต้น ด้วยความชื้นที่เพียงพอ พืชจะสร้างเม็ดสีสังเคราะห์แสงที่ดูดซับรังสีได้บางส่วนเป็นอย่างน้อย การป้องกันตามธรรมชาตินี้ส่วนใหญ่ล้มเหลวในช่วงฤดูแล้ง ในทางตรงกันข้ามรากไม่ต้องกังวลกับการถูกแดดเผา
การศึกษาช่วยเพิ่มความเข้าใจว่าทำไมบางคน สายพันธุ์ ประสบปัญหาภัยแล้งน้อยมาก ในระยะยาว มันสามารถนำไปสู่การขยายพันธุ์พืชเช่นข้าวสาลีหรือข้าวโพดที่รับมือได้ดีขึ้น ภัยแล้ง. ในช่วงเวลาของการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ สิ่งเหล่านี้มีแนวโน้มที่จะเป็นที่ต้องการมากขึ้นกว่าเดิมในอนาคต