پیش‌بینی شکوفه زدن گیاهان با استفاده از مدل ژنتیکی

گفتگو با دکتر امیتی ویلشک از دانشگاه براون
پیش‌بینی شکوفه زدن گیاهان با استفاده از مدل ژنتیکی

گیاهان دنیای عجیب و مملو از رمز و رازی دارند که دانش نوپای بشر تاکنون موفق به درک تنها بخش‌های محدودی از آن شده است. این‌که درختان و گیاهان در محیط‌های مختلف چگونه شکوفه و در واکنش به محرک‌ها و نشانه‌های محیطی نظیر نور و تغییرات دمایی چگونه عمل می‌کنند، دانشمندان را بر آن داشته است تا از سال‌ها پیش در جستجوی یافتن مدلی قطعی برای پیش‌بینی شکوفه زدن گیاهان و درختان در محیط‌های مختلف باشند.

اکنون این تلاش‌ها به بار نشسته است، به طوری‌که تیمی از محققان اروپایی به سرپرستی دکتر امیتی ویلشک از دانشگاه براون با ارائه نوعی مدل ژنتیکی نشان داده‌اند که می‌توان بر اساس محیطی که گیاه در آن قرار دارد و همچنین نوسانات موجود در تغییرات محیطی، شکوفه زدن در آن را پیش‌بینی کرد. وی در گفتگوی زیر به تشریح این روند پرداخته است.

به نظر نمی‌رسد بررسی واکنش گیاهان و بخصوص درختان به تغییرات محیطی نظیر دما و نور پروژه جدید علمی باشد؟

دقیقا همین طور است. ما در این پروژه بین‌المللی تلاش کردیم از یافته‌های محققان در دهه‌ها و سده‌های گذشته برای تکمیل کردن برنامه‌های خود استفاده کنیم. بی‌شک همه درباره تاثیرپذیری مستقیم گیاهان از علائم و محرک‌های محیطی نظیر دما و نور آگاهی دارند و حتی تاکنون تحقیقاتی صورت گرفته است که نشان می‌دهند وجود برخی ژن‌ها در گیاهان در همراه شدن گیاه با این تغییرات و نشانه‌ها سهیم است. با این حال هیچ‌گاه این امکان فراهم نشده بود که مشخص شود چگونه گیاهان مختلف از این علائم و نشانه‌های راهنما برای رشد خود استفاده می‌کنند. کاری که ما آغاز کرده‌ایم به نوعی یکی از فازهای مهم و تکمیل‌کننده دانشمندان پیشین در زمینه شناخت فرآیند رشد در گیاهان است.

آیا شما نخستین گروه تحقیقاتی در جهان هستید که به این مساله می‌پردازید؟

در مناطق سرسبز دنیا نظیر شرق و جنوب شرق آسیا، برزیل و اروپا به جهت تراکم قابل توجه پوشش‌های سبز و از جمله درختی، دانشمندان و محققان در قالب گروه‌های تحقیقاتی به کنکاش در درختان و فرآیند رشد و به ثمر نشستن آنها می‌پردازند و ازاین‌رو نمی‌توان از ارائه آمار دقیقی در خصوص گستره این تحقیقات خبر داد. با این حال به جرا‡ت می‌توانم اعلام کنم که گروه تحقیقاتی ما نخستین گروه در جهان به شمار می‌آید که یافته‌های گذشتگان و همچنین دستاوردهای جدید خود را در قالب یک مدل ژنتیکی ارائه می‌کند.

با این حال به نظر می‌رسد پرسش‌های قابل توجهی در این زمینه پاسخ داده شده‌اند. شما به دنبال ارائه چه پاسخ‌هایی بوده‌اید؟

نکته مهم این است که درختان و کلا پوشش‌های سبز گیاهی به عنوان شش‌های حیاتی زمین به شمار می‌آیند و از این‌رو هرگونه تلاشی برای کمک به توسعه دانش بشر درباره آنها، اقدامی قابل توجیه و موثر به حساب می‌آید. یکی از مهم‌ترین پرسش‌هایی که تاکنون بدون پاسخ مانده بود، واکنش درختان مشابه به محرک‌ها و نشانه‌های محیطی مشابه در محیط‌های متفاوت بوده است. مثلا این نکته همواره برای ما جذاب بوده است که چرا برخی گونه‌های گیاهی خاص در زیر نور مستقیم خورشید یا قرار داشتن در طیف دمایی مشخص در محیط‌های بسته آزمایشگاهی و طبیعت، رفتارهای متفاوتی از خود بروز می‌دهند؟ این تفاوت رفتاری همواره برای ما جای پرسش بوده است.

برای بررسی این تفاوت رفتاری چه محیط‌هایی را انتخاب کردید؟

ما عمده فعالیت‌های تحقیقاتی خود را روی نوعی گیاه متمرکز کردیم که در مناطق مختلف اروپایی می‌روید. از این‌رو مناطقی نظیر آلمان، انگلیس و چند سرزمین سردتر را برای بررسی رفتارهای گیاه در محیط‌های مختلف و متغیرهای محیطی گوناگون انتخاب کردیم و پس از ماه‌ها نظارت دقیق، داده‌های به دست آمده را با یکدیگر ترکیب کرده و الگوی جدید را تحت عنوان مدل ژنتیکی رشد گیاهان ارائه کردیم.

کمی درباره این مدل ژنتیکی صحبت کنید.

این مدل ژنتیکی نتیجه کار گروهی دانشمندان طی حدود 4 سال گذشته است. ما با استفاده از الگوهای رشد گیاهان و همچنین تغییراتی که نسبت به تغییرات محیطی می‌داده‌اند، به سراغ طرح اولیه ارائه الگو رفتیم. این الگو یا بهتر بگویم مدل ژنتیکی دربرگیرنده ژن‌های کشف شده در گیاهان و نوع تعامل رفتاری گیاهان به واسطه فعالیت این ژن‌هاست و در نهایت با استفاده از شبیه‌سازی‌های رایانه‌ای موفق به ارائه طرح کلی و مورد نظر خود شدیم.

اکنون چه طرح‌هایی را برای آینده این پروژه در نظر دارید؟

این مدل فعلا برای گروه‌های خاصی از گیاهان ارائه شده است، اما با توجه به موفقیتی که در مرحله نخست به دست آورده‌ایم، در نظر داریم تا الگوی به دست آمده را به سایر گیاهان و طبقات مختلف آنها نیز گسترش دهیم. ما مطمئن هستیم که می‌توان برای تمامی پوشش‌های گیاهی سراسر زمین از این مدل‌های ژنتیکی استفاده کرد. مهم‌ترین مزیت استفاده از این مدل فراهم شدن امکان پیش‌بینی فرآیند رشد گیاهان در شرایط محیطی مختلف است.

پس درباره کاربردهای آن نیز صحبت کنید.

بدون شک باید قبول کرد که توسعه دانش پرورش گیاهان و کشاورزی نقش حیاتی در آینده پایدار زمین و ساکنان آن دارد. ما فکر می‌کنیم استفاده از این مدل ژنتیکی البته زمانی که به مرحله تکامل‌یافته خود رسیده و قابلیت بسط یافتن در تمامی گروه‌های گیاهی را داشته باشد می‌تواند دانش پرورش گیاهان و در ادامه صنعت کشاورزی جهانی را متحول کند. بدون شک زمانی که مقدمات و شرایط مناسبی برای رشد گیاه فراهم شود، بازده محصولی آن نیز قابل توجه خواهد بود.

فکر می‌کنید مهم‌ترین بخش یافته شما چه نکته‌ای بوده است؟

گیاهان دنیای پر رمز و رازی دارند و از این‌رو پرده برداشتن از هریک از این رموز تجربه‌ای شیرین و یک موفقیت علمی بزرگ به حساب می‌آید. ما در خلال تحقیقات خود دریافتیم گیاهان در شرایط بسته محیطی نظیر محیط‌های آزمایشگاهی با برخی جهش‌های ژنتیکی همراه می‌شوند که فرآیند رشد و شکوفه دادن آنها را تحت تاثیر قرار می‌دهد. در حقیقت این مطالعه نشان داده است تغییر در محیط رشد و به دنبال آن تغییر در شرایطی نظیر میزان تابش نور و برودت هوا، برای یک نوع گیاه خاص تاثیرگذاری‌های متفاوتی را به همراه دارد.

دکتر امیتی ویلشک در یک نگاه

دکتر ویلشک از محققان دوره پسادکتری دانشگاه براون محسوب می‌شود که طی سال‌های اخیر تحقیقات گسترده‌ای در زمینه زیست‌شناسی و فرآیند تکامل گیاهان داشته است. وی در این مدت به بررسی تغییرات و جهش‌های ژنتیکی تاثیرگذار در رشد و شکوفه زدن گیاهان و بخصوص درختان داشته است.

مهدی پیرگزی