به گزارش آماج، پژوهشگران دانشگاه واخنینگن در هلند در مطالعهای نشان دادند که انتقال یک ژن از گوجهفرنگیهای وحشی به ارقام هیبرید امروزی میتواند به این گیاه اجازه دهد در شرایط نوردهی مداوم ۲۴ ساعته رشد کند و در یک آزمایش خاص، محصول آن را تا حدود ۲۰ درصد افزایش دهد.
این ژن که CAB-13 نام دارد، روی کروموزوم ۷ قرار گرفته و با تحمل گوجهفرنگی در برابر نور مداوم ارتباط دارد. این یافته که نخستین بار در سال ۲۰۱۴ گزارش شد، نمونهای قابلتوجه از ظرفیت گونههای وحشی گیاهی برای تأمین صفاتی است که در جریان اهلیسازی و اصلاح نژادهای تجاری تا حدی از بین رفتهاند.
ژن CAB-13 چگونه مشکل نور ۲۴ ساعته را حل میکند؟
بیشتر گوجهفرنگیهای زراعی نمیتوانند نور را بهصورت شبانهروزی تحمل کنند. قرار گرفتن این گیاهان در معرض نور مداوم میتواند باعث زردشدن و ایجاد لکههای روشن روی برگها، اختلال در فتوسنتز، توقف رشد و در نهایت کاهش شدید عملکرد شود.
گروه پژوهشی واخنینگن ابتدا مجموعهای از گوجهفرنگیهای وحشی را از نظر توانایی تحمل نور مداوم بررسی کرد. سپس این ویژگی را به ناحیهای در بخش پایینی بازوی کروموزوم ۷ مرتبط دانستند و با استفاده از روش تلاقی و انتقال ژنتیکی، این ناحیه را وارد برخی هیبریدهای مدرن کردند.
در آزمایشهای مربوط به عملکرد، گونههای وحشی Solanum pennellii و Solanum habrochaites بهعنوان منابع ژنتیکی مورد استفاده قرار گرفتند. قطعه منتقلشده حاوی ژن CAB-13 بود؛ ژنی که پروتئینی مرتبط با برداشت نور و اتصال کلروفیل را کد میکند.
هیبریدهای دارای نسخه ژن موجود در گوجهفرنگی وحشی توانستند زیر نور ۲۴ ساعته بدون آسیبهای شدید مشاهدهشده در ارقام معمولی رشد کنند. در بهترین خط آزمایشی نیز عملکرد میوه در شرایط نور مداوم نسبت به همان خط در دوره نوری ۱۶ ساعته، تا حدود ۲۰ درصد بیشتر بود.
افزایش ۲۰ درصدی به معنای افزایش محصول در همه گلخانهها نیست
با وجود جذابیت این رقم، نباید نتیجه مطالعه را به این معنا تعبیر کرد که هر گوجهفرنگی دارای CAB-13 در هر گلخانهای میتواند ۲۰ درصد محصول بیشتری تولید کند.
رقم ۲۰ درصد مربوط به بهترین خط آزمایششده، یک رژیم نوری مشخص و شرایط یک گلخانه پژوهشی در هلند طی فصل زمستان سالهای ۲۰۱۲ و ۲۰۱۳ بود. بنابراین این عدد یک حداکثر مشاهدهشده در آن آزمایش است، نه میانگین افزایش عملکرد برای همه ارقام گوجهفرنگی.
همچنین این مطالعه مقایسهای میان کشاورزی گوجهفرنگی زیر نور ۲۴ ساعته و کشاورزی معمول در فضای باز انجام نداده است. روشن نگهداشتن چراغهای گلخانهای برای ۲۴ ساعت نیز هزینه برق قابلتوجهی دارد و سود اقتصادی چنین روشی به عواملی مانند قیمت انرژی، شرایط اقلیمی و مقدار نور طبیعی موجود بستگی خواهد داشت.
چرا گوجهفرنگی زیر نور دائمی آسیب میبیند؟
علت دقیق حساسیت گوجهفرنگی به نور مداوم هنوز بهطور کامل مشخص نشده است، اما پژوهشگران دو سازوکار مهم را مطرح کردهاند.
یکی از توضیحات، تجمع کربوهیدراتها در برگهاست. هنگامی که گیاه بدون وقفه فتوسنتز میکند، قندهای تولیدشده ممکن است سریعتر از ظرفیت انتقال و مصرف گیاه در برگها تجمع پیدا کنند. در چنین شرایطی، عملکرد دستگاه فتوسنتزی میتواند مختل شود.
عامل احتمالی دیگر، اختلال در ساعت زیستی گیاه است. گیاهان نیز مانند بسیاری از موجودات زنده دارای سازوکارهای شبانهروزی هستند که فعالیتهای مختلف متابولیکی و رشدی را با چرخه روز و شب هماهنگ میکنند. حذف کامل دوره تاریکی میتواند این هماهنگی را برهم بزند.
ژن CAB-13 ظاهراً در این فرایند نقش دارد، اما پژوهشگران تأکید نکردهاند که این ژن بهتنهایی تمام سازوکار آسیب ناشی از نور مداوم را توضیح میدهد. در واقع، زیستشناسی این پدیده همچنان پیچیده است.
فقط ژن مهم نیست؛ نحوه نوردهی هم اهمیت دارد
حتی اگر یک رقم گوجهفرنگی توانایی تحمل نور مداوم را داشته باشد، محل و شیوه تابش نور نیز میتواند بر عملکرد آن اثر بگذارد.
در پژوهش دیگری که در سال ۲۰۲۴ منتشر شد، نوردهی LED در داخل تاج پوشش گیاه نسبت به نوردهی از بالای بوته، عملکرد بهتری برای گوجهفرنگی ایجاد کرد. در آن مطالعه، نوردهی داخل تاج پوشش در مقایسه با گیاهان بدون نور تکمیلی با افزایش ۲۸ درصدی عملکرد همراه بود، در حالی که نوردهی از بالا افزایش ۱۲ درصدی ایجاد کرد.
این نتایج نشان میدهد که در کشاورزی گلخانهای، افزایش بهرهوری احتمالاً به ترکیبی از عوامل وابسته است؛ از جمله ژنتیک گیاه، مدت نوردهی، طیف نور، محل قرارگیری چراغها و مقدار کل نور دریافتی.
گنجینه ژنتیکی گوجهفرنگیهای وحشی
اهمیت مطالعه CAB-13 تنها به امکان رشد گوجهفرنگی زیر نور ۲۴ ساعته محدود نمیشود. این پژوهش نمونهای از یک اصل مهم در اصلاح نباتات است: بسیاری از صفات ارزشمند ممکن است هنوز در گونهها و جمعیتهای وحشی وجود داشته باشند.
در فرایند اهلیسازی، اصلاحدهندگان گیاهان معمولاً صفاتی مانند اندازه میوه، یکنواختی، ماندگاری، طعم یا مقاومت در برابر بیماریها را در اولویت قرار دادهاند. در نتیجه، برخی ویژگیهایی که در شرایط خاص کمتر مورد نیاز بودهاند ممکن است در ارقام تجاری کاهش یافته باشند، در حالی که گونههای وحشی همچنان این تنوع ژنتیکی را حفظ کردهاند.
پژوهشگران واخنینگن نیز مشاهده کردند که تقریباً تمام نمونههای گوجهفرنگی وحشی بررسیشده توانایی تحمل نور مداوم را داشتند، در حالی که بیشتر ژنوتیپهای زراعی چنین قابلیتی نداشتند.
این یافته چه اهمیتی برای کشاورزی آینده دارد؟
گسترش کشاورزی گلخانهای و استفاده از نور مصنوعی باعث شده است کنترل دقیق نور به یکی از ابزارهای مهم افزایش تولید تبدیل شود. در مناطق شمالی و سردسیر که طول روز در زمستان کوتاه است، توانایی استفاده مؤثرتر از نور مصنوعی میتواند اهمیت بیشتری پیدا کند.
با این حال، CAB-13 را نباید یک «ژن جادویی» برای افزایش محصول دانست. این ژن یک محدودیت مشخص، یعنی حساسیت گوجهفرنگی به نور مداوم، را کاهش میدهد؛ اما عواملی مانند مصرف انرژی، دمای گلخانه، تغذیه، آب، شدت و طیف نور و مدیریت بوته همچنان بر عملکرد نهایی اثر میگذارند.
در مجموع، مطالعه CAB-13 نشان میدهد که گاهی پاسخ یک مشکل کشاورزی مدرن را میتوان در تنوع ژنتیکی موجود در طبیعت پیدا کرد. یافتن و انتقال چنین صفاتی از خویشاوندان وحشی به ارقام زراعی میتواند یکی از ابزارهای مهم برای سازگار کردن محصولات با شرایط جدید تولید باشد.
برای خواندن مطالب بیشتر درباره فناوریهای نوین کشاورزی، ژنتیک گیاهی و یافتههای علمی مرتبط با تولید غذا، به آماج مراجعه کنید.
