یاسمونات: هورمون دفاعی گیاهان در برابر آفات و بیماریها
سیستم ایمنی گیاهان چگونه کار میکند؟
برخلاف انسانها که میتوانند از دست خطر فرار کنند، گیاهان در جای خود ثابت هستند. بنابراین، آنها باید راههای هوشمندانهای برای دفاع از خود داشته باشند. وقتی کرم برگخوار شروع به خوردن برگ یک گیاه میکند، گیاه بلافاصله متوجه زخم و وجود مواد در بزاق حشره میشود. اینجاست که هورمونهای دفاعی مانند یاسمونات فعال میشوند. این هورمونها پیام خطر را به تمام بخشهای گیاه میفرستند و دستور تولید سموم و پروتئینهای دفاعی را صادر میکنند.
یاسمونات چیست و چگونه ساخته میشود؟
یاسمونات1 یک مولکول سیگنالدهنده است که از اسید چرب پیشساز آن به نام اسید لینولنیک3 ساخته میشود. مسیر ساخت این هورمون در گیاه، یک فرآیند چند مرحلهای است که در کلروپلاست4 (کارخانه غذاسازی گیاه) آغاز و در سایر بخشهای سلول تکمیل میشود.
| مرحله | محل وقوع | شرح فرآیند |
|---|---|---|
| 1 | کلروپلاست | آسیب دیدگی باعث آزادسازی اسید لینولنیک از غشاهای سلولی میشود. |
| 2 | کلروپلاست | اسید لینولنیک طی واکنشهای اکسیداسیون به OPDA5 تبدیل میشود. |
| 3 | پراکسیوم6 | OPDA به اسید جاسمونیک (JA) کاهش مییابد. |
| 4 | سیتوسل | JA به Jasmonoyl-Isoleucine (JA-Ile)7، یعنی شکل فعال هورمون، تبدیل میشود. |
مسیر سیگنالدهی یاسمونات: از گیرنده تا پاسخ
پس از ساخته شدن JA-Ile، این مولکول فعال باید پیام خود را به هسته سلول برساند. این کار توسط یک سیستم قفل و کلید مولکولی انجام میشود. JA-Ile (کلید) به گیرندهای به نام COI18 (قفل) متصل میشود. این اتصال باعث میشود پروتئینهای مهارکنندهای به نام JAZ9 تجزیه شوند. با حذف این مهارکنندهها، فاکتورهای رونویسی10 فعال شده و به DNA در هسته سلول متصل میشوند و ژنهای مربوط به دفاع را "روشن" میکنند.
سلاحهای شیمیایی که گیاه با کمک یاسمونات میسازد
با فعال شدن ژنهای دفاعی، گیاه شروع به تولید ترکیبات مختلفی میکند که هر کدام نقش خاصی در دفع یا مبارزه با آفت دارند. این ترکیبات را میتوان به چند دسته اصلی تقسیم کرد.
| نوع ترکیب | مثال | نقش دفاعی |
|---|---|---|
| مهارکنندههای پروتئاز11 | پروتئینهای خاص | هضم پروتئینها در روده حشره را مختل میکنند و باعث گرسنگی و مرگ آن میشوند. |
| متابولیتهای ثانویه | تاننها و آلکالوئیدها | طعم برگ را تلخ و غیرقابل خوردن میکنند یا برای حشره سمی هستند. |
| ترکیبات فرار | مواد معطر خاص | شکارچیان طبیعی آفت را به سمت گیاه جذب میکنند. (مثلاً زنبورهای پارازیتوئید) |
کاربردهای عملی دانش یاسمونات در کشاورزی
دانشمندان و کشاورزان میتوانند از این دانش برای محافظت از محصولات کشاورزی به روشهای سازگار با محیط زیست استفاده کنند. به جای پاشیدن مقدار زیادی سم، میتوان سیستم دفاعی خود گیاه را تقویت کرد.
محصولات مقاوم: با استفاده از مهندسی ژنتیک، میتوان گیاهانی پرورش داد که مسیر سیگنالدهی یاسمونات قویتری داشته باشند. این گیاهان در صورت حمله آفات، پاسخ دفاعی سریعتر و قویتری نشان میدهند.
محصولات بیخطر برای حشرات مفید: از آنجایی که یاسمونات عمدتاً پاسخ به حشرات برگخوار را تنظیم میکند، استفاده از آن معمولاً برای حشرات گردهافشان مفید مانند زنبور عسل مضر نیست. این یک مزیت بزرگ نسبت به سموم پهنطیف است.
اشتباهات رایج و پرسشهای مهم
خیر. یاسمونات یک هورمون است، نه یک سم. این مولکول به خودیخود حشره یا قارچ را نمیکشد، بلکه تنها پیامی را در گیاه منتقل میکند که میگوید: «دفاع را فعال کن!». این گیاه است که پس از دریافت پیام، سموم و ترکیبات دفاعی را تولید میکند.
خیر. سیستم یاسمونات به دقت تنظیم میشود. اگر گیاه دائماً در حالت دفاعی بماند، انرژی زیادی صرف میکند و رشدش کند میشود. به همین دلیل، پس از رفع خطر، سطح یاسمونات کاهش یافته و مهارکنندههای JAZ دوباره ساخته میشوند تا پاسخ دفاعی خاموش شود. این یک سیستم خودتنظیم است.
خیر. پاسخ به یاسمونات در بین گونههای مختلف گیاهی و حتی در مراحل مختلف رشد یک گیاه میتواند متفاوت باشد. برای مثال، یک گیاه ممکن است برای دفع یک حشره خاص، ترکیبات فرار تولید کند، در حالی که گیاه دیگر برای مقابله با همان حشره، پروتئینهای مهارکننده هضم را بسازد. این تنوع، نتیجه تکامل است.
پاورقی
1 یاسمونات (Jasmonate): خانوادهای از هورمونهای گیاهی مبتنی بر اسید چرب.
2 عوامل بیماریزا (Pathogens): موجودات ریز بیماریزا مانند قارچها، باکتریها و ویروسها.
3 اسید لینولنیک (Linolenic Acid): یک اسید چرب ضروری که پیشساز یاسمونات است.
4 کلروپلاست (Chloroplast): اندامک مسئول فتوسنتز در سلول گیاهی.
5 OPDA (12-Oxophytodienoic Acid): یک پیشساز میانی در مسیر سنتز یاسمونات.
6 پراکسیوم (Peroxisome): اندامک سلولی که در واکنشهای اکسیداسیون تخصص یافته است.
7 Jasmonoyl-Isoleucine (JA-Ile): شکل متصل به اسیدآمینه و فعال بیولوژیکی یاسمونات.
8 COI1 (Coronatine Insensitive 1): جزء اصلی کمپلکس گیرنده یاسمونات.
9 پروتئینهای JAZ (Jasmonate ZIM-domain): پروتئینهای مهارکننده مسیر سیگنالدهی یاسمونات.
10 فاکتورهای رونویسی (Transcription Factors): پروتئینهایی که روشن یا خاموش شدن ژنها را کنترل میکنند.
11 مهارکنندههای پروتئاز (Protease Inhibitors): پروتئینهایی که آنزیمهای گوارشی حشرات را غیرفعال میکنند.
