ادراک گیاه از زمان – قسمت اول

ادراک گیاه از زمان – قسمت دوم

مکانیسم عمل نوسانگر مرکزی

در گیاه مدل (آرابیدوپسیس) سه ژن ساعت به نام­های TOC1، LHY و CCA1 شناسایی شده است که محصول هر سه ژن تنظیم کننده­های نسخه برداری می­باشند:

ژن TOC1: برخلاف دیگر ژن­های ساعت در گیاهان که با همتایان خود در جانوران شبیه است، ژن TOC1 منحصر به عالم گیاهی است. این ژن تنظیم کننده مثبت دو ژن دیگر ساعت است و جزء ژن­های شب می­باشد.

ژن­های LHY و CCA1: بیان این ژن­ها در سپیده دم آغاز می­شود و تحت تاثیر محصول ژن TOC1 افزایش یافته ولی خود بیان این ژن را مهار می­کند. هم چنین این دو ژن علاوه بر کارکرد ویژه خود در نوسانگر مرکزی و تشکیل چرخه بازخوردی ساعت، موجب تحریک بیان ژن­های صبح مانند پروتئین کمپلکس جمع کننده نور B می­شوند.


نور به هنگام طلوع آفتاب موجب فعال شدن بیان ژن­های LHY/CCA1 می­شود. محصول این ژن­ها موجب تحریک بیان ژن­های صبح از جمله LHCB می­گردد. هم چنین اثر مهار کنندگی ژن­های LHY/CCA1 روی بیان ژن شب TOC1 اعمال می­شود. با این حال در طی روز و با توجه به اینکه ژن TOC1 خود تحریک کننده بیان LHY/CCA1 است، کاهش بیان ژن TOC1 منجر به کاهش بیان ژن­های LHY/CCA1 شده و با نزدیک شدن به شب و عدم فعال شدن نسخه برداری ژن­های LHY/CCA1، مقدار نسخه­های ژن TOC1 افزایش یافته و در آغاز شب به حداکثر خود می­رسد. در طی شب به دلیل تحریک نسخه برداری ژن­های LHY/CCA1 توسط  TOC1نسخه­های ژن LHY/CCA1 افزایش یافته و در سپیده دم به حداکثر خود می­رسد و چرخه دوباره آغاز می­شود (شکل ۲).   

 

شکل ۲: کارکرد ساعت درونی (نوسانگر مرکزی) در گیاهان. مهم­ترین ژن­های ساعت در این طرح آورده شده است.

در نواخت­های شبانه روزی عملکرد نوسانگر درونی موجب می­شود که پاسخ در زمانی خاص از روز روی دهد. یک نوسانگر منفرد می­تواند به چندین نواخت شبانه روزی که حتی ممکن است نسبت به یکدیگر هم مرحله نباشند مرتبط گردد. سوال این است که وقتی طول دوره روشنایی و تاریکی در شبانه روز همراه با فصل عوض می­شود، چگونه چنین پاسخ­هایی همچنان دقیق باقی می­مانند؟ پاسخ در این حقیقت نهفته است که مرحله نواخت با عقب رفتن یا جلو رفتن کل چرخه در زمان می­تواند تغییر کند و در عین حال دوره آن ثابت باقی بماند. بنابراین آهنگ­های درونی موجودات را قادر می­سازد تا زمان یا وقتی از روز را که باید یک رویداد مولکولی یا بیوشیمیایی خاص به وقوع بپیوندد تعیین کنند.

وجه دیگری از درک زمان توسط گیاهان پدیده فتوپریوریسم است. فتوپریود که به توانایی موجود در آشکارسازی طول روز اطلاق می­شود وقوع هر رویدادی را در یک زمان خاص و معین از سال ممکن ساخته و موجب ایجاد پاسخ یا عکس العمل فصلی می­شود. در استوا طول روز و شب مساوی و در طول سال ثابت است. ضمن حرکت از استوا به سمت دو قطب، طول روز در تابستان بلندتر و در زمستان کوتاهتر می­شود.

این که گیاهان برای آشکارسازی این تغییرات فصلی در طول روز تکامل یافته و پاسخ­های نور دوره­ای اختصاصی آنان به شدت تحت تاثیر عرض جغرافیایی است، شگفت آور نیست. پدیده­های وابسته به فتوپریودیسم هم در گیاهان و هم در جانوران یافت می­شود. در سلسله جانوری طول روز، فعالیت­های فصلی مانند زمستان خوابی، ایجاد پوشش تابستانه یا زمستانه و فعالیت تولید مثلی را تحت نظارت دارد. پاسخ­های گیاهی نظیر شروع گلدهی، تشکیل اندام­های ذخیره­ای و شروع دوره خواب توسط طول روز و فرایند فتوپریودیسم کنترل می­شود. احتمالا تمام پاسخ­های فتوپریوری گیاهان از گیرنده­های نوری و به دنبال آن مسیرهای سیگنالینگ ویژه­ای که تنظیم کننده­های پاسخ­های مختلف هستند استفاده می­کنند. از آنجا که آشکار سازی گذر زمان برای تمام پاسخ­های فتوپریودی ضروری است، یک سازوکار زمان نگهدار برای تشخیص اوقات روز و اوقات سال الزامی است و این فرآیند توسط نوسانگر شبانه روزی محقق می­گردد. گیاهان براساس پاسخ­های فتوپریودی به دو گروه اصلی روز کوتاه (فقط در روزهای کوتاه گل می­دهند یا گلدهی آن­ها تسریع می­شود) و روز بلند (فقط در روزهای بلند گل می­دهند یا گلدهی آن­ها تسریع می­شود) تقسیم می­شوند. گیاهان روز کوتاه اغلب در پاییز گل می­دهند و گیاهان روز بلند، گلدهی خود را تا تابستان به تعویق می­اندازند.

درک گیاهان از زمان و تنظیم فعالیت­های متابولیسمی و رشد و نموی بر این میزان از طریق تنظیم درون زاد (کنترل ژنی) و نیز عوامل موثر خارجی میسر می­گردد. بنابراین برای بهره­برداری اقتصادی از گیاهان با تغییر این شرایط می­توان پدیده­های متابولیسمی گیاهان را تحت تاثیر قرار داد. از جمله این تغییرات ایجاد روزهای کوتاه مصنوعی در روزهای بلند تابستان است که می­توان گیاهان را وادار به گلدهی کرد و برداشت گیاهان روزکوتاه را تغییر داد. به نظر شما کاربردهای محتمل دیگر این فرآیند چیست؟ ایده­ها و نظرات ارزشمند خود را برای ما ارسال نمایید.

آیند توسط نوسانگر شبانه روزی محقق می­گردد. گیاهان براساس پاسخ­های فتوپریودی به دو گروه اصلی روز کوتاه (فقط در روزهای کوتاه گل می­دهند یا گلدهی آن­ها تسریع می­شود) و روز بلند (فقط در روزهای بلند گل می­دهند یا گلدهی آن­ها تسریع می­شود) تقسیم می­شوند. گیاهان روز کوتاه اغلب در پاییز گل می­دهند و گیاهان روز بلند، گلدهی خود را تا تابستان به تعویق می­اندازند.

درک گیاهان از زمان و تنظیم فعالیت­های متابولیسمی و رشد و نموی بر این میزان از طریق تنظیم درون زاد (کنترل ژنی) و نیز عوامل موثر خارجی میسر می­گردد. بنابراین برای بهره­برداری اقتصادی از گیاهان با تغییر این شرایط می­توان پدیده­های متابولیسمی گیاهان را تحت تاثیر قرار داد. از جمله این تغییرات ایجاد روزهای کوتاه مصنوعی در روزهای بلند تابستان است که می­توان گیاهان را وادار به گلدهی کرد و برداشت گیاهان روزکوتاه را تغییر داد. به نظر شما کاربردهای محتمل دیگر این فرآیند چیست؟ ایده­ها و نظرات ارزشمند خود را برای ما ارسال نمایید.