یکی از این استراتژی‌ها برای مقابله با کمبود آب، «بستن روزنه‌ها» است. روزنه‌ها منافذ ریز روی سطوح برگ هستند که مسئول تبادل گازی به‌شمار می‌روند. آنها در مواقع بحران آب توسط گیاه بسته می‌شوند تا از هدر رفتن آب جلوگیری شود. این فرآیند توسط هورمون گیاهی اسید آبسیزیک (abscisic acid)، به اختصار ABA تنظیم می‌شود که نقش مهمی در مکانیسم‌های داخلی پاسخ به استرس گیاه ایفا می‌کند. این هورمون گیاهی علاوه بر آن‌که به بسته‌شدن روزنه‌ها کمک می‌کند تا از تبخیر آب جلوگیری شود، باعث خواب بذر در شرایط نامناسب محیطی نیز می‌شود.
در حالی که نقش ABA در پاسخ به خشکسالی پیش‌تر به اثبات رسیده بود، محققان اکنون یک عامل جدید شگفت‌انگیز در این فرآیند را شناسایی کرده‌اند: میوزین XI؛ یک پروتئین حرکتی که بهطور سنتی برای انتقال اجزای سلولی شناخته می‌شود. برای بررسی این موضوع، تیمی از محققان به رهبری پروفسور موتوکی تومیناگا از دانشگاه واسدا، ژاپن، مطالعه‌ای را انجام دادند تا مشخص کنند که آیا میوزین XI بهطور فعال در پاسخ به خشکسالی در گیاهان نقش دارد یا خیر و همچنین فرآیندهای مربوطه را کشف کنند. تومیناگا می‌گوید: «اگرچه مطالعات قبلی نشان‌دهنده دخالت بالقوه میوزین XI در پاسخ به تنش خشکی بوده اما مکانیسم‌های اساسی آن هنوز مشخص نشده است.» یافته‌های این پژوهش در Plant Cell Reports منتشر شده است.
چگونگی پژوهش
پژوهشگران از گیاه آرابیدوپسیس به‌عنوان مدل استفاده کردند تا بفهمند پروتئینی به نام «میوزین XI» چه نقشی در مقاومت گیاه در برابر خشکی دارد. آنها گیاهانی تولید کردند که یک، دو (ko۲) یا هر سه (ko۳) ژن اصلی مربوط به میوزین XI را نداشتند. سپس این گیاهان را با گیاهان عادی (وحشی) در آزمایش‌های مختلف مقایسه کردند؛ ازجمله آزمایش میزان زنده ماندن در شرایط خشکی، اندازه‌گیری میزان از دست دادن آب، بررسی باز و بسته بودن روزنه‌های برگ و بررسی حساسیت گیاه به هورمون ABA (هورمون پاسخ‌به‌خشکی).
آنها همچنین تولید گونه‌های فعال اکسیژن (ROS) را اندازه‌گیری کردند، رشته‌های میکروتوبول داخل سلول‌ها را با استفاده از نشانگرهای فلورسنت مشاهده کردند و با روش qRT-PCR (اندازه‌گیری دقیق بیان ژن‌ها در سلول) فعالیت ژن‌های پاسخ‌دهنده به ABA را بررسی کردند. این روش‌های جامع به آنها کمک کرد تا دریابند میوزین XI چگونه به گیاه در مقاومت به خشکسالی و پاسخ به سیگنال‌های هورمونی ABA کمک می‌کند.
یافته‌ها
نتایج این پژوهش بسیار قابل توجه بود. گیاهانی که میوزین XI نداشتند، به‌ویژه گیاهان ko۲ و ko۳، آب را سریع‌تر از دست می‌دادند، روزنه‌های برگ آنها به‌‌خوبی بسته نمی‌شد و در شرایط خشکی کمتر زنده می‌ماندند. این گیاهان نسبت به هورمون ABA نیز واکنش کمتری نشان می‌دادند؛ به‌‌طوری که درصد جوانه‌زنی در آنها بالاتر بود و رشد ریشه در حضور این هورمون کمتر متوقف می‌شد.
در سطح سلولی، این گیاهان تولید ROS (مولکول‌های سیگنال‌دهنده ضروری برای بسته‌شدن روزنه‌ها در پاسخ به ABA) را کمتر انجام می‌دادند و بازسازی میکروتوبول‌های داخل سلول آنها دچار اختلال می‌شد، که هر دو برای بسته‌شدن روزنه‌ها در زمان خشکی مهم هستند. همچنین، فعالیت ژن‌های مرتبط با استرس در این گیاهان کمتر بود و این نشان می‌دهد که میوزین XI نقش مهمی در تنظیم پاسخ گیاه به هورمون ABA و مقاومت در برابر خشکی دارد.
اهمیت میوزین XI
این یافته‌ها نشان می‌دهد میوزین XI فقط یک پروتئین ناقل نیست، بلکه بهطور فعال به دفاع گیاه در برابر خشکی کمک می‌کند. این پروتئین با هماهنگ‌‌کردن سیگنال‌دهی ROS، بازسازی میکروتوبول‌ها و فعال‌سازی ژن‌ها در سلول‌های نگهبان برگ، باعث می‌شود گیاه بتواند روزنه‌های خود را بهتر ببندد و آب کمتری از دست بدهد.
تومیناگا می‌گوید: «ما متوجه شدیم در گیاهانی که چندین نوع از میوزین XI را ندارند، سرعت از دست دادن آب در شرایط خشکی چهار برابر بیشتر از گیاهان عادی است.» او اضافه می‌کند: «این یافته دید جدیدی درباره نحوه سازگاری گیاهان با تغییرات محیطی به ما می‌دهد.»
این مطالعه چند کشف مهم داشته و مسیر تحقیقات آینده را باز کرده است. این پژوهش نشان داده که میوزین XI نقش مهمی در پاسخ گیاه به تنش‌های محیطی (مانند خشکی) دارد، نقشی که پیش از این شناخته نشده بود. این یافته، درک عمیق‌تری از نحوه کمک سیستم‌های حمل‌ونقل (ناقل) درون سلولی به سازگاری گیاهان با محیط به ما می‌دهد. علاوه بر این، این پژوهش یک هدف مولکولی امیدبخش برای افزایش مقاومت به خشکی در محصولات کشاورزی را معرفی می‌کند.
تومیناگا می‌گوید: «انتظار می‌رود این کشف، تحقیقات بنیادی در مورد چگونگی واکنش گیاهان به تنش را پیش ببرد و به توسعه فناوری‌هایی که بهره‌وری مصرف آب را در محصولات کشت‌‌شده در مناطق مستعد خشکسالی بهبود می‌بخشند، کمک کند.» او می‌افزاید: «هدف ما پیشرفت بیشتر تحقیقات‌مان است تا این دانش بتواند در فناوری‌های نوین که از کشاورزی در مواجهه با تغییرات اقلیمی پشتیبانی می‌کنند، به کار گرفته شود.»
با افزایش بحران‌های اقلیمی، بینش‌هایی از این دست، مسیرهای امیدوارکننده‌ای را برای توسعه محصولات مقاوم و کم‌مصرف برای جهانی در حال تغییر ارائه می‌دهند.
راهکارهای شگفت‌انگیز گیاهان برای بقا در خشکسالی
گیاهان در خشکسالی برای بقا از راهکارهای متعددی استفاده می‌کنند. برخی گونه‌ها با کاهش سطح برگ‌ها یا کوچک‌تر کردن آنها، تبخیر آب را کاهش می‌دهند. ریشه‌های عمیق یا گسترده به آنها کمک می‌کند تا آب‌های زیرزمینی را جذب کنند. گیاهان گوشتی مانند کاکتوس‌ها آب را در ساقه یا برگ‌های ضخیم خود ذخیره می‌کنند.برخی دیگر با بستن روزنه‌های برگ در طول روز، از دست دادن آب را به حداقل می‌رسانند.
گیاهان مقاوم به خشکی، مانند گیاهان بیابانی، ممکن است متابولیسم خاصی (مانند CAM) داشته باشند که مصرف آب را بهینه می‌کند. برخی گونه‌ها با تولید دانه‌های مقاوم یا کاهش فعالیت متابولیکی (خواب تابستانی) در برابر خشکسالی مقاومت می‌کنند. همچنین، برخی گیاهان با ایجاد پوشش مومی روی برگ‌ها یا تغییر رنگ به روشن‌تر، جذب گرما و تبخیر را کاهش می‌دهند. این سازگاری‌ها به گیاهان کمک می‌کند تا در شرایط کم‌آبی زنده بمانند.
