أصدر فريق بحث من جامعة كوبي اليابانية ومؤسسات أخرى مؤخرًا أحدث النتائج، مع التركيز على نوع من النباتات الغريبة التي تعيش بالكامل تقريبًا تحت الأرض - Balanophora، وكشف كيف أن هذه النباتات التي تخلت منذ فترة طويلة عن عملية التمثيل الضوئي، وبعض الأنواع لم تعد تقريبًا تتكاثر جنسيًا، لا تزال على قيد الحياة وتنتشر بنجاح في النظم البيئية الطبيعية.
وأشارت الدراسة إلى أن نبات الثعبان لا يعتمد على البلاستيدات الخضراء في عملية التمثيل الضوئي للحصول على الطاقة مثل النباتات النموذجية. وبدلاً من ذلك، فهو بمثابة نبات طفيلي، حيث يقوم بإدخال نبات الهستوريا الخاص به عميقًا في جذور النباتات الأخرى ويمتص العناصر الغذائية التي يوفرها المضيف مباشرة. يختبئ في التربة المظلمة والرطبة في معظم الأوقات ولا يظهر إلا لفترة وجيزة خلال موسم الإزهار. والأمر الأكثر تطرفًا هو أن بعض هذه الأنواع قد تحولت بالكامل تقريبًا إلى التكاثر اللاجنسي، حيث واصلت تعدادها فقط من البذور التي تتشكل دون إخصاب.
وقال كينجي سوتسوجو، عالم النبات في جامعة كوبي، إن هدفه على المدى الطويل هو "إعادة التفكير في المعنى الحقيقي لمفهوم "النبات". ولذلك، فهو مفتون بشكل خاص بتلك النباتات التي تخلت عن عملية التمثيل الضوئي. ويأمل أن يوضح من خلال دراسة الثعابين الثعابين، ما هي التغييرات العميقة التي حدثت في الجينوم وبنية الخلايا وطرق تكاثر النباتات خلال عملية التطور الدراماتيكية هذه.
أحد محاور هذه الدراسة هو التكامل المنهجي الأول للعلاقة التطورية، وتطور الجينوم البلاستيدي، والتوافق بين استراتيجياته الإنجابية وظروف موطن الثعبان. وأشار فريق البحث إلى أنه على الرغم من أن العمل المتقطع ركز على تقليل الجينوم أو التكيف البيئي أو طرق التكاثر في الماضي، إلا أن هذه القرائن الثلاثة لم يتم فحصها بشكل شامل في نفس الإطار.
وجمع الباحثون عددًا كبيرًا من العينات خلال سنوات من العمل الميداني في الغابات الجبلية شديدة الانحدار والرطبة، واعتمدوا على التعاون طويل الأمد مع مراقبي الطبيعة المحليين. وفي الوقت نفسه، تعاونوا مع فرق بحثية متخصصة في الجينومات شديدة الاختزال في معهد أوكيناوا للعلوم والتكنولوجيا وجامعة الدراسات العليا ومؤسسات أخرى لاستكمال تحليل السلالة والجينوم البلاستيدي لأنواع متعددة من فطريات الثعابين. أظهرت النتائج أن جميع الأنواع التي تم اختبارها لديها جينومات بلاستيدية "رفيعة" للغاية، وقد حدث هذا "التصغير" خلال السلف المشترك لهذه المجموعة وتمايز لاحقًا إلى أنواع مختلفة موجودة.
ظاهريًا، تبدو هذه البلاستيدات على وشك "الاختفاء"، لكن التحليل الإضافي وجد أن عددًا كبيرًا من البروتينات لا يزال يتم تصنيعه ونقله إلى البلاستيدات، مما يشير إلى أنه على الرغم من التخلي عن وظيفة التمثيل الضوئي تمامًا، إلا أن البلاستيدات لا تزال تلعب دورًا رئيسيًا في عملية التمثيل الغذائي ولا تزال واحدة من الهياكل الأساسية التي لا غنى عنها في الخلايا النباتية. لذلك، يعتقد فريق البحث أن الثعبان يظهر مثالًا متطرفًا على "الاحتفاظ بالوظائف الأيضية الأساسية للبلاستيد تحت فرضية ضغط الجينوم إلى أقصى حد"، مما يوفر أدلة مهمة لفهم الحدود بين الاحتفاظ بوظائف العضيات النباتية وفقدانها.
وخلافًا للفقدان العام لعملية التمثيل الضوئي، وجدت الدراسة أن القدرة على التكاثر اللاجنسي هي ميزة تطورت بشكل مستقل عدة مرات في الثعبان. ويتكهن الفريق بأن القدرة على تكوين البذور بشكل مباشر لا جنسيًا في غياب الملقحات أو الأفراد المتزاوجين ربما لعبت دورًا رئيسيًا في الانتشار المبكر لهذه الأصنوفة، مما سمح لها بالانتشار في سلسلة من البيئات الجزرية والجبلية من هونشو باليابان، عبر أوكيناوا إلى تايوان.
وأشار كينجي سوتسوجو إلى أن بحثه حول التلقيح برأس الثعبان وانتشار البذور خلال العقد الماضي قد وجد أن المفصليات التي تبدو "غير واضحة" مثل صراصير الإبل والصراصير تلعب دورًا مهمًا بشكل غير متوقع في التلقيح والتشتت. ومع ذلك، في البيئات التي تكون فيها الملقحات نادرة أو الأفراد متناثرة للغاية، غالبًا ما يصبح الإثمار اللاجنسي آلية "احتياطية" لضمان نجاح التكاثر، وقد تطورت تدريجيًا لتصبح طريقة التكاثر الرئيسية أو حتى الوحيدة تقريبًا في بعض الأنواع.
نُشرت الدراسة التي تحمل عنوان "علم الجينوم التطوري يوضح التاريخ التطوري لثعبان الثعبان، والاحتفاظ الأيضي للبلاستيدات المختزلة، وأصل أبوميكسيس الإلزامي"، في المجلة النباتية "نيو فيتولوجيست". لا توفر هذه الورقة منظورًا جديدًا لفهم كيفية احتفاظ النباتات الطفيلية التي لا تقوم بعملية التمثيل الضوئي بوظائف العضيات، والتكيف مع البيئات البيئية وتحسين استراتيجيات التكاثر فحسب، بل تعتبر أيضًا أساسًا مهمًا لمزيد من تحليل آلية التفاعل بين النباتات الطفيلية ومضيفيها.
قال كينجي سوتسوجو إنه بالنسبة للأشخاص مثله الذين كانوا يتتبعون هذه النباتات الموجودة تحت الأرض في الغابات المظلمة والرطبة لفترة طويلة، فمن الأهمية بمكان أن يروا "قصتهم" مجمعة تدريجيًا على مستوى الجينوم. ستكون الخطوة التالية من البحث هي محاولة الجمع بين هذه النتائج الجينومية وقياسات استقلاب كيميائي حيوي محددة لمعرفة المستقلبات التي تنتجها البلاستيدات الثعبانية وكيف تساعدها هذه المنتجات على النمو داخل نظام الجذر المضيف والحفاظ على نمط حياة طفيلي.
تم تجميعها من /ScitechDaily