زیست‌شناسی تاب‌آوری گیاهان؛ کلید کشاورزی پایدار و امنیت غذایی در عصر تغییرات اقلیمی

به گزارش روابط عمومی و اطلاع‌رسانی فرهنگستان علوم، دکتر وحید نیکنام عضو وابسته شاخه زیست‌شناسی گروه علوم پایه فرهنگستان علوم، در نشست شورای گروه علوم پایه با موضوع «زیست‌شناسی تاب‌آوری در گیاهان» سخنرانی کرد.

دکتر نیکنام در این نشست اظهار داشت: «زیست‌شناسی تاب‌آوری در گیاهان یکی از مهم‌ترین حوزه‌های پژوهشی علوم گیاهی و کشاورزی در قرن بیست‌ویکم به شمار می‌رود، زیرا تغییرات اقلیمی، خشکی، شوری، دماهای نهایتی و سایر تنش‌های محیطی به طور فزاینده‌ای امنیت غذایی جهان را تهدید می‌کنند.»

وی افزود: «توانایی گیاهان برای مقابله با شرایط نامساعد از طریق راهبردهای مختلف مقاومت شامل تحمل، پرهیز و گریز امکان‌پذیر می‌شود. در راهبرد تحمل، گیاه با بهره‌گیری از مجموعه‌ای از سازوکارها در برابر عوامل تنش‌زا تحمل نشان می‌دهد، در حالی که در راهبرد پرهیز گیاه از طریق تغییرات ساختاری یا فیزیولوژیکی از مواجهه مستقیم با تنش جلوگیری می‌کند و علی‌رغم قرار گرفتن در شرایط نامساعد به رشد و نمو خود ادامه می‌دهد و راهبرد گریز نیز با تکمیل چرخه زندگی پیش از وقوع تنش شدید، بقای گیاه را تضمین می‌کند.»

این استاد دانشگاه با اشاره به دیدگاه فرگشتی گفت: «نخستین گیاهان خشکی‌زی و به‌ویژه خزه‌ها و سایر گیاهان کم‌تحول، فاقد اندام‌ها و سازوکارهای پیشرفته برای اجتناب از تنش‌های محیطی هستند؛ از این‌رو بقای آن‌ها عمدتاً بر پایه راهبرد تحمل استوار است.»

به گفته وی، این گیاهان از طریق کاهش فعالیت‌های متابولیسمی، تجمع مواد اسمزی محافظ مانند دی‌ساکارید تره‌هالوز و ترمیم آسیب‌ها پس از رفع تنش قادر به تحمل کم‌آبی، یخ‌زدگی و سایر تنش‌های شدید هستند.

دکتر نیکنام ادامه داد: «با فرگشت گیاهان و ظهور گیاهان آوندی، راهبردهای پرهیز به تدریج گسترش یافتند؛ به‌گونه‌ای که تشکیل پوستک (کوتیکول)، روزنه‌های هوایی تنظیم‌پذیر، سامانه‌های ریشه‌ای گسترده، ریزش برگ، خواب بذر و سایر سازوکارهای ریخت‌شناختی و فیزیولوژیکی امکان دوری از شرایط تنش‌زا را فراهم کردند.»

وی نتیجه گرفت: «در بسیاری از گیاهان عالی مقاومت به تنش بیشتر بر پایه کاهش مواجهه با عامل تنش استوار است، در حالی که در خزه‌ها و گیاهان کم‌تحول، تحمل مستقیم تنش نقش غالب را ایفا می‌کند. بنابراین، سیر فرگشتی راهبردهای مقاومت در گیاهان را می‌توان حرکتی تدریجی از 'تحمل تنش' به سوی 'پرهیز از تنش' دانست، هرچند هر دو راهبرد همچنان به‌طور مکمل در برخی از گیاهان امروزی مشاهده می‌شوند.»

عضو وابسته فرهنگستان علوم با اشاره به انواع مقاومت گیاهان اظهار داشت: «سازوکارهای مقاومت در گیاهان را می‌توان به صورت مقاومت ذاتی (نهادی) و یا مقاومت القایی تقسیم‌بندی نمود.»

وی افزود: «مطالعه این سازوکارها در سطوح مختلف سازمان زیستی از جمله گیاه کامل و قطعات جداکشت و کشت سلولی اهمیت ویژه‌ای دارد، زیرا پاسخ‌های گیاه به تنش حاصل تعامل پیچیده میان اندام‌ها، بافت‌ها، سلول‌ها و شبکه‌های تنظیمی مولکولی است.»

دکتر نیکنام تأکید کرد: «در این میان، مطالعات فیزیولوژیکی، بیوشیمیایی و مولکولی به عنوان یکی از مهم‌ترین زمینه‌های پژوهشی مورد توجه پژوهشگران جهان و ایران قرار گرفته است.»

وی درباره پاسخ سلول‌های گیاهی به تنش توضیح داد: «تنش‌های محیطی معمولاً منجر به بروز تنش اکسایشی در سلول‌های گیاهی می‌شوند که در نتیجه آن انواع فعال اکسیژن تجمع یافته و به پروتئین‌ها، لیپیدها و اسیدهای نوکلئیک آسیب وارد می‌کنند.»

به گفته او، گیاهان برای مقابله با این شرایط از اسمولیت‌های سازگار مانند پرولین و سامانه‌های پاداکسایشی (آنتی‌اکسیدانی) آنزیمی و غیرآنزیمی بهره می‌گیرند و با تنظیم بیان ژن‌ها و مسیرهای ترارسانی علامت، تعادل سلولی خود را حفظ می‌کنند.

دکتر نیکنام با اشاره به شرایط اقلیمی کشور گفت: «در ایران نیز با توجه به گستردگی مناطق خشک و نیمه‌خشک و خاک‌های شور، پژوهش در زمینه زیست‌شناسی تاب‌آوری گیاهان اهمیت فراوانی یافته است.»

وی افزود: «پژوهشگران ایران مطالعات ارزشمندی در زمینه فیزیولوژی تنش و کشف سازوکارهای مقاومت گیاهان به تنش‌های محیطی و نقش سامانه‌های پاداکسایشی در افزایش تحمل گیاهان انجام داده‌اند.»

به گفته این استاد دانشگاه، «نتایج این تحقیقات درک عمیق‌تری از سازوکارهای خوگیری گیاهان به تنش‌های محیطی در گیاه کامل و کشت در شیشه فراهم کرده و زمینه را برای بهبود مقاومت گیاهان زراعی، دارویی و بومی به تنش‌های محیطی در ایران مهیا ساخته است.»

وی در پایان خاطرنشان کرد: «با پیشرفت فناوری‌های اُمیکس، زیست‌شناسی سامانه‌ای، زیست‌شناسی کوانتومی، ویرایش ژنوم و هوش مصنوعی، انتظار می‌رود با رویکردهای بین‌رشته‌ای و ترارشته‌ای در آینده شناخت دقیق‌تری از شبکه‌های تنظیمی مرتبط با تاب‌آوری گیاهان حاصل شود و امکان توسعه ارقام جدید با مقاومت و پایداری بیشتر در برابر تنش‌های محیطی فراهم گردد.»

او تأکید کرد: «از این رو، زیست‌شناسی تاب‌آوری نه تنها یک حوزه علمی راهبردی برای جهان محسوب می‌شود، بلکه برای ایران نیز به عنوان کشوری درگیر با چالش‌های کم‌آبی و تغییرات اقلیمی، نقشی کلیدی در تحقق کشاورزی پایدار، افزایش بهره‌وری و تضمین امنیت غذایی آینده خواهد داشت.»