Mimea mingine inaweza kuishi kwa miezi kadhaa bila maji, na kugeuka kijani tena baada ya kunyesha kwa muda mfupi. Utafiti wa hivi majuzi wa Vyuo Vikuu vya Bonn na Michigan unaonyesha kwamba hii haitokani na “jeni la muujiza.” Badala yake, uwezo huu ni matokeo ya mtandao mzima wa jeni, karibu zote ambazo pia zipo katika aina zilizo hatarini zaidi. Matokeo tayari yameonekana mtandaoni Journal ya Plant.
Katika utafiti wao, watafiti waliangalia kwa karibu spishi ambayo imesomwa kwa muda mrefu katika Chuo Kikuu cha Bonn - mmea wa ufufuo Craterostigma plantagineum. Ina jina lake kwa usahihi kabisa: Wakati wa ukame, mtu anaweza kufikiri kuwa imekufa. Lakini hata baada ya miezi kadhaa ya ukame, maji kidogo yanatosha kufufua. "Katika taasisi yetu, tumekuwa tukijifunza jinsi mmea unavyofanya hili kwa miaka mingi," anaelezea Prof. Dk. Dorothea Bartels kutoka Taasisi ya Fiziolojia ya Molekuli na Bioteknolojia ya Mimea (IMBIO) katika Chuo Kikuu cha Bonn.
Maslahi yake ni pamoja na jeni ambazo zinawajibika kwa kustahimili ukame. Ikawa wazi zaidi kwamba uwezo huo hautokani na “jeni moja la muujiza.” Badala yake, jeni nyingi sana zinahusika, ambazo nyingi zinapatikana katika spishi ambazo hazistahimili ukame.
Kiwanda kina nakala nane za kila kromosomu
Katika utafiti wa sasa, timu ya Bartel, pamoja na watafiti kutoka Chuo Kikuu cha Michigan (Marekani), walichambua jenomu kamili ya Craterostigma plantagineum. Na hii ni ngumu sana: Ingawa wanyama wengi wana nakala mbili za kila kromosomu—moja kutoka kwa mama, moja kutoka kwa baba—Craterostigma ina nakala nane. Genome kama hiyo "mara nane" pia inaitwa octoploid. Sisi wanadamu, kinyume chake, ni diploid.
"Kuzidisha kama hivyo kwa habari za urithi kunaweza kuzingatiwa kwa wengi mimea ambazo zimebadilika chini ya hali mbaya,” Bartels anasema. Lakini kwa nini ni hivyo? Sababu inayowezekana: Ikiwa jeni iko katika nakala nane badala ya mbili, inaweza kwa kanuni kusomwa mara nne haraka. Kwa hivyo, jenomu ya pweza inaweza kuwezesha kiasi kikubwa cha protini inayohitajika kuzalishwa haraka sana. Uwezo huu pia unaonekana kuwa muhimu kwa maendeleo ya uvumilivu wa ukame.
Katika Craterostigma, baadhi ya jeni zinazohusiana na kustahimili ukame zaidi zinaigwa zaidi. Hizi ni pamoja na zile zinazoitwa ELIPs-kifupi husimama kwa "protini za mapema ambazo haziwezi kuingizwa," kwani huwashwa haraka na mwanga na hulinda dhidi ya mkazo wa kioksidishaji. Wanatokea kwa idadi kubwa katika spishi zote zinazostahimili ukame.
"Craterostigma ina karibu jeni 200-ELIP ambazo zinakaribia kufanana na ziko katika makundi makubwa ya nakala kumi au ishirini kwenye kromosomu tofauti," Bartels anafafanua. Kwa hivyo, mimea inayostahimili ukame inaweza kuteka mtandao mpana wa jeni ambayo inaweza kudhibiti haraka wakati wa ukame.
Spishi zinazostahimili ukame kwa kawaida huwa na jeni zilezile—ingawa katika idadi ndogo ya nakala. Hili pia haishangazi: Mbegu na chavua za mimea mingi bado zinaweza kuota baada ya muda mrefu bila maji. Kwa hivyo pia wana mpango wa kijenetiki wa kulinda dhidi ya ukame. "Hata hivyo, mpango huu kwa kawaida huzimwa wakati wa kuota na hauwezi kuanzishwa tena baadaye," mtaalamu wa mimea anaelezea. "Katika mimea ya ufufuo, kinyume chake, inabaki hai."
Aina nyingi 'zinaweza' kustahimili ukame
Hivyo basi, kustahimili ukame ni jambo ambalo mimea mingi “inaweza kufanya.” Jeni zinazotoa uwezo huu pengine ziliibuka mapema sana katika kipindi cha mageuzi. Hata hivyo, mitandao hii ina ufanisi zaidi katika aina zinazostahimili ukame na, zaidi ya hayo, haifanyiki tu katika hatua fulani za mzunguko wa maisha.
Hiyo ilisema, sio kila seli katika Craterostigma plantagineum ina "mpango wa ukame" sawa. Hii ilionyeshwa na watafiti kutoka Chuo Kikuu cha Düsseldorf, ambao pia walihusika katika utafiti huo. Kwa mfano, jeni tofauti za mtandao wa ukame zinafanya kazi kwenye mizizi wakati wa kukausha kuliko kwenye majani. Matokeo haya si yasiyotarajiwa: Majani, kwa mfano, yanahitaji kujilinda dhidi ya athari za jua. Wanasaidiwa katika hili na ELIPs, kwa mfano. Kwa unyevu wa kutosha, mmea huunda rangi ya photosynthetic ambayo angalau inachukua mionzi kwa sehemu. Ulinzi huu wa asili kwa kiasi kikubwa hushindwa wakati wa ukame. Mizizi, kinyume chake, haifai kuwa na wasiwasi juu ya kuchomwa na jua.
Utafiti unaboresha uelewa wa kwa nini baadhi aina kuteseka kidogo sana kutokana na ukame. Kwa muda mrefu, inaweza kuchangia katika kuzaliana kwa mazao kama vile ngano au mahindi ambayo yanastahimili vyema. ukame. Wakati wa mabadiliko ya hali ya hewa, hizi zinaweza kuwa na mahitaji makubwa zaidi kuliko hapo awali katika siku zijazo.