Գիտնականները հայտնաբերել են շրջակա միջավայրի փոփոխություններին բույսերի արձագանքման՝ նախկինում անհայտ մեխանիզմ․ արմատների բջիջները կարող են անցնել հատուկ գործառական վիճակի՝ ակտիվացնելով արտաքին պայմաններին հարմարվելու հետ կապված հարյուրավոր գեներ։ Ջրի պակասի դեպքում նման բջիջների մասնաբաժինը զգալիորեն մեծանում է։ Բացահայտումը կարող է օգնել երաշտի նկատմամբ ավելի դիմացկուն գյուղատնտեսական մշակաբույսերի ստեղծմանը։

Nature ամսագրում հրապարակված հետազոտությունն իրականացրել են Ավստրալիայի հետազոտական խորհրդի՝ տիեզերքի համար նախատեսված բույսերի ուսումնասիրության առաջատար փորձի կենտրոնի և Արևմտյան Ավստրալիայի համալսարանի մոլեկուլային գիտությունների դպրոցի մասնագետները։

Բջիջների յուրաքանչյուր տեսակ ունի երկու գործառական վիճակ

Մինչ այժմ բույսերի արմատները հիմնականում դիտարկվում էին որպես հստակ սահմանված բջջային տեսակների ամբողջություն, որոնցից յուրաքանչյուրն անցնում է զարգացման իր ուղին՝ երիտասարդ բջջից մինչև հասուն բջիջ։ Սակայն Arabidopsis thaliana մոդելային բույսի արմատների գագաթների հարյուր հազարավոր առանձին բջիջներում գեների ակտիվության վերլուծությունը ցույց է տվել, որ այս պատկերն ավելի բարդ է։

Հետազոտողները պարզել են, որ գրեթե յուրաքանչյուր տեսակի բջիջները կարելի է բաժանել երկու խմբի։ Դրանցից մեկում ակտիվանում է շրջակա միջավայրի պայմաններին արձագանքելու հետ կապված հարյուրավոր գեների լրացուցիչ հավաքածու, մինչդեռ մյուսում այդ գենետիկական ծրագիրը մնում է ոչ ակտիվ։

«Մենք ակնկալում էինք, որ բջիջների յուրաքանչյուր տեսակ կունենա իր պատմությունը, բայց պարզեցինք, որ յուրաքանչյուրն ունի երկու պատմություն։ Տարբերությունն այն է, որ մի խումբն ակտիվացնում է շրջակա միջավայրին արձագանքելու հետ կապված գեների լրացուցիչ հավաքածու», — պարզաբանել է հետազոտության ղեկավարներից մեկը՝ դոկտոր Մարինա Օլիվան։

Այսպիսով, խոսքը ոչ թե բջիջների նոր տեսակների ձևավորման, այլ արդեն հայտնի բջջային տեսակների ներսում երկու գործառական վիճակների գոյության մասին է։ Գիտնականները դրանցից մեկն անվանել են շրջակա միջավայրին արձագանքման հատուկ ռեժիմ։

Ջրի պակասի դեպքում նման բջիջների թիվն ավելանում է

Պարզելու համար, թե հայտնաբերված մեխանիզմն ինչպես է կախված արտաքին պայմաններից, հետազոտողները համեմատել են ջրի տարբեր հասանելիության պայմաններում աճեցված բույսերը։ Պարզվել է, որ ջրի պակասի դեպքում լրացուցիչ գենետիկական ծրագիրն ակտիվացնող բջիջների մասնաբաժինն էապես մեծանում է՝ մոտ 40%-ից հասնելով 67%-ի։

Այս գործընթացում կարևոր դեր է խաղում աբսցիզաթթուն՝ բուսական հորմոն, որը մասնակցում է երաշտին արձագանքների համակարգմանը։ Այն բույսերում, որոնք ունակ չեն արտադրելու այս հորմոնը կամ ընկալելու դրա ազդակները, շրջակա միջավայրին արձագանքման վիճակում գտնվող բջիջները զգալիորեն ավելի քիչ էին։

Հետազոտողների խոսքով՝ աճեցման պայմանների փոփոխությունն ազդում է ոչ միայն առանձին գեների ակտիվության, այլև տարբեր գործառական վիճակներում գտնվող բջիջների հարաբերակցության վրա։ «Հատկապես ուշագրավ է, որ աճեցման պայմանների փոփոխությանը արմատն արձագանքում էր՝ փոխելով այս լրացուցիչ ծրագիրն ակտիվացնող բջիջների քանակը», — նշել է Օլիվան։

Ինչու էր մեխանիզմն աննկատ մնում

Ինչպես բացատրել է հետազոտության մյուս ղեկավարը՝ պրոֆեսոր Ռայան Լիստերը, նախկինում կիրառվող վերլուծական մեթոդները թույլ չէին տալիս բացահայտել այս առանձնահատկությունը, քանի որ միավորում էին հազարավոր բջիջների վերաբերյալ տվյալները։ Արդյունքները միջինացնելիս առանձին բջիջների միջև տարբերությունները կարող էին աննկատ մնալ։

Նոր մոտեցումը հնարավորություն է տվել ուսումնասիրելու գեների ակտիվությունն առանձին բջիջների մակարդակում և պարզելու, որ նույնիսկ նույն տեսակի բջիջները կարող են տարբեր կերպ արձագանքել շրջակա միջավայրի փոփոխություններին։ Սա ընդլայնում է պատկերացումներն այն մասին, թե ինչպես են բույսերը հարմարվում անբարենպաստ պայմաններին։ Ի տարբերություն կենդանիների՝ նրանք չեն կարող տեղափոխվել ավելի հարմար միջավայր, ուստի պետք է իրենց ֆիզիոլոգիան հարմարեցնեն ջրի և սննդանյութերի հասանելիության փոփոխություններին։

«Այս բացահայտումը թույլ է տալիս ենթադրել, որ նման հարմարվողականության եղանակներից մեկը բջիջների՝ երկու հնարավոր վիճակների հարաբերակցության փոփոխությունն է՝ գրեթե ինչպես փոխարկիչը կարգավորելիս», — ասել է Լիստերը։

Գյուղատնտեսությունից մինչև տիեզերքում բույսերի աճեցում

Ջրի և սննդանյութերի պակասին արմատների արձագանքման մեխանիզմների ըմբռնումը կարևոր է երաշտին դիմակայող գյուղատնտեսական մշակաբույսերի ստեղծման համար։ Հետազոտողների կարծիքով՝ հայտնաբերված մեխանիզմի հետագա ուսումնասիրությունը կարող է օգնել պարզելու, թե ինչպես են բույսերը կարգավորում սթրեսին իրենց արձագանքները, և ինչ գործընթացներ է անհրաժեշտ հաշվի առնել ավելի դիմացկուն սորտեր ստեղծելիս։

Արդյունքները կարող են օգտակար լինել նաև վերահսկվող պայմաններում բույսեր աճեցնելու համար, մասնավորապես՝ ուղղահայաց ֆերմաներում և տիեզերական առաքելությունների ընթացքում, որտեղ անհրաժեշտ է ճշգրիտ կառավարել ջրամատակարարումը և միջավայրի մյուս պարամետրերը։

Միաժամանակ այս բացահայտումը դեռ չի նշանակում, որ գիտնականներն արդեն գտել են գյուղատնտեսական մշակաբույսերի երաշտադիմացկունությունը բարձրացնելու միջոց։ Այն բացահայտում է բջջային հարմարվողականության՝ նախկինում անհայտ մեխանիզմ, որի հետագա ուսումնասիրությունը կարող է հիմք դառնալ սահմանափակ ջրային ռեսուրսների պայմաններում բույսերի աճեցման նոր մոտեցումների մշակման համար։