تا پیش از این، دانشمندان تصور میکردند میتوکندریها و کلروپلاستها هر کدام بهطور مستقل با اکسیژن درون سلول گیاهی تعامل دارند، اما پژوهش جدیدی از دانشگاه هلسینکی پرده از یک رقابت پنهان برداشته است. این مطالعه نشان میدهد میتوکندریها (تولیدکنندگان انرژی سلول) میتوانند اکسیژن را از کلروپلاستها (ساختارهای مسئول فتوسنتز) دور کرده و سطح آن را در بافتهای گیاهی کاهش دهند. این مکانیزم تازهکشفشده میتواند به گیاهان در مقابله با استرسهای محیطی کمک کند.
نقش حیاتی اکسیژن در زندگی گیاهان
اکسیژن برای فرآیندهای بنیادین گیاهان از جمله متابولیسم، رشد، پاسخهای ایمنی و سازگاری با تنشهای محیطی ضروری است. پژوهشهای قبلی دانشگاه هلسینکی نیز نشان داده بود که اکسیژن نقش کلیدی در فعالسازی ترمیم زخم در گیاهان دارد. با این حال، دانشمندان هنوز بهطور کامل درک نکرده بودند که گیاهان چگونه سطح اکسیژن را در بافتهای خود تنظیم میکنند.
درون سلول گیاهی، دو اندامک اصلی بر اکسیژن تأثیر میگذارند: میتوکندری که در طی تنفس سلولی اکسیژن مصرف میکند و کلروپلاست که در فتوسنتز اکسیژن را بهعنوان محصول جانبی آزاد میکند. اگرچه این دو فرآیند بهخوبی مطالعه شدهاند، تعامل مستقیم اکسیژن بین این دو اندامک تاکنون ناشناخته بود.
مطالعه روی آرابیدوپسیس
محققان برای بررسی این پرسش، از نسخههای اصلاحشده ژنتیکی گیاه مدل آرابیدوپسیس تالیانا استفاده کردند. این گیاهان دارای نقص در میتوکندری بودند که آنزیمهای تنفسی جایگزین را فعال میکرد و در نتیجه میتوکندریها اکسیژن را با سرعت بیشتری مصرف میکردند.
- تنفس میتوکندریایی بالاتر باعث کاهش سطح اکسیژن در بافتهای گیاهی شد.
- کلروپلاستها در برابر متیل ویولوژن، مادهای که با انحراف الکترون از فتوسیستم I به اکسیژن، گونههای فعال اکسیژن تولید میکند، مقاوم شدند.
هنگامی که گیاهان در معرض گاز نیتروژن (شرایط کماکسیژن) قرار گرفتند، انتقال الکترون به اکسیژن به شدت کاهش یافت که نشان میداد متیل ویولوژن دیگر اکسیژن کافی برای عملکرد ندارد.
میتوکندریها اکسیژن را از کلروپلاستها میکشند
آزمایشها تعامل ناشناختهای را آشکار کردند: وقتی میتوکندریها تحت استرس مصرف اکسیژن خود را افزایش میدهند، میتوانند میزان اکسیژن موجود در کلروپلاستها را کاهش دهند. این فرآیند عملاً یک «تخلیه داخلی اکسیژن» ایجاد میکند که فتوسنتز و متابولیسم گونههای فعال اکسیژن را تغییر میدهد. به گفته دکتر الکسی شاپیگوزوف، سرپرست این مطالعه: «تا جایی که میدانیم، این اولین شواهدی است که میتوکندریها از طریق تبادل اکسیژن درونسلولی بر کلروپلاستها تأثیر میگذارند.»
یافتههای این پژوهش در مجله Plant Physiology منتشر شده است.
اهمیت برای درک استرس و مقاومت گیاهان
این کشف نشان میدهد که تنفس و فتوسنتز از طریق تبادل اکسیژن با یکدیگر هماهنگ میشوند و میتواند به پیشبینی بهتر واکنش گیاهان به تغییرات محیطی مانند چرخههای روز و شب یا سیلاب کمک کند. همچنین این مکانیزم ممکن است راه را برای مهندسی گیاهان مقاومتر به تنشهای محیطی هموار سازد. محققان معتقدند درک این رقابت پنهان اکسیژنی میتواند تصویر کاملتری از متابولیسم انرژی گیاهان ارائه دهد.
