حل لغز عمره 50 عاماً عن نمو النبات

زينبياو يانغ مع نباتات الأرابيدوبسيس المستخدمة في بحثه (جامعة كاليفورنيا)

أظهر فريق من الباحثين بقيادة جامعة كاليفورنيا الأميركية، لأول مرة طريقة واحدة يحول فيها جزيء صغير خلية نباتية واحدة إلى شيء بحجم شجرة.
ومنذ نصف قرن، عرف العلماء أن كل النباتات تعتمد على جزيء، الأكسين، في النمو، لكنهم لم يفهموا بالضبط كيف يحرك أكسين النمو، وهو ما نجح الفريق البحثي في كشفه خلال دراسة نشرت بالعدد الأخير من دورية «نيتشر».
وتغلف الخلايا النباتية بجدران خلوية تشبه الصدفة، التي تتكون طبقتها الأولية من ثلاثة مكونات رئيسية: السليلوز، والهيميسليلوز، والبكتين، ويعمل السليلوز مثل حديد التسليح في المباني الشاهقة، ويوفر قاعدة عريضة من القوة، ويكون مدعوماً بسلاسل هيميسليلوز ومختوماً بالبكتين.
وتحدد هذه المكونات شكل الخلايا النباتية، وتساعد على لصق الخلايا ببعضها البعض بإحكام وتوفر القوة للنباتات ضد عناصر مثل الرياح، ولكن مع إغلاق جدران الخلايا بإحكام، كيف يمكن لها الحركة والنمو؟
افترضت إحدى النظريات قبل نحو نصف قرن أنه عندما تكون النباتات جاهزة للنمو، يتسبب الأكسين في أن تصبح خلايا النبات حمضية، ما يؤدي إلى فك الروابط بين المكونات والسماح للجدران بالتوسع، ولكن كيفية تنشيط الأكسين للتحمض ظلت لغزاً.
واكتشف الباحثون في الدراسة الجديدة أن الأكسين يصنع تلك الحموضة عن طريق تحفيز ضخ البروتونات في جدران الخلايا، ما يقلل من مستويات الأس الهيدروجيني، وينشط الأس الهيدروجيني المنخفض بروتيناً واسمه إكسبانسين، الذي يكسر الروابط بين السليلوز والهيميسليلوز، ما يسمح للخلايا بالتوسع.
ويؤدي ضخ البروتونات في جدار الخلية أيضاً إلى امتصاص الخلية للماء، ما يؤدي إلى حدوث ضغط داخلي، وإذا كان جدار الخلية مرتخياً بدرجة كافية وكان هناك ضغط كافٍ داخل الخلية، فسيتمدد.
ويقول زينبياو يانغ، أستاذ علم النبات في جامعة كاليفورنيا ورئيس الفريق البحثي، في تقرير نشره الموقع الإلكتروني للجامعة أول من أمس: «مثل البالون، يعتمد التمدد على مدى سُمك الجوانب الخارجية، مقابل كمية الهواء التي تنفخ فيها، وخفض الأس الهيدروجيني في جدار الخلية يمكن أن يسمح للماء خارج الخلية بالتحرك للداخل، ما يؤجج ضغط التمدد والتوسع».