إعادة بناء "أنظمة المناعة" للمحاصيل في ظل تغير المناخ - أحدث الأبحاث التي أجراها فريق البروفيسور دوان من جامعة نانجينغ الزراعية تفوز بجائزة بيولاند للأبحاث العلمية!
مع تفاقم تغير المناخ العالمي واستمرار ارتفاع تركيزات ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي، يواجه الإنتاج الزراعي تحديات غير مسبوقة. فبيئة نمو المحاصيل، وأنماط انتشار الآفات، والتفاعل بين المحاصيل والحشرات، كلها تشهد تغيرات جذرية. وفي هذا السياق، أصبح تعزيز قدرات المحاصيل الدفاعية، وبناء نظام مستدام لمكافحة الآفات والأمراض، اتجاهاً بحثياً هاماً في مجال وقاية النبات.
نشر فريق البروفيسور دوان من كلية وقاية النبات بجامعة نانجينغ الزراعية مؤخراً أحدث نتائج أبحاثهم في المجلة الدولية الموثوقة Plant, Cell & Environment: تعمل المثبطات الخارجية على تعزيز مقاومة نبات الأرز لحشرات نطاطات الأرز من خلال تنشيط مسار فينيل بروبانويد في ظل ارتفاع مستويات ثاني أكسيد الكربون.تكشف هذه الدراسة بشكل منهجي عن الآلية الجزيئية لتعزيز مقاومة الأرز لحشرات نطاطات الأرز البنية من خلال تنظيم مسار التمثيل الغذائي للفينيل بروبانويد في ظل ظروف ثاني أكسيد الكربون المرتفعة، مما يوفر أساسًا علميًا مهمًا لمعالجة تغير المناخ في المستقبل.
🏆 لقد فازت هذه النتيجة البحثية جائزة بيولاند للأبحاث العلميةمما يدل بشكل كامل على قيمتها الأكاديمية وآفاق تطبيقها.
01 أبرز نتائج البحث
خلفية البحث | تتفاقم مشاكل الآفات والأمراض في عصر ارتفاع نسبة ثاني أكسيد الكربون
في السنوات الأخيرة، ارتفعت تركيزات ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي من 280 جزءًا في المليون قبل الثورة الصناعية إلى أكثر من 420 جزءًا في المليون، ومن المتوقع أن تتجاوز 700 جزء في المليون بحلول نهاية هذا القرن. وقد أظهرت العديد من الدراسات ما يلي:
🌿 يمكن أن يعزز ارتفاع نسبة ثاني أكسيد الكربون عملية التمثيل الضوئي للمحاصيل
⚖ في الوقت نفسه، يؤدي ذلك إلى اختلال في نسبة الكربون إلى النيتروجين
🐜 تزداد كمية التغذية للآفات الثاقبة الماصة (مثل نطاطات النبات البنية)
❗ تتناقص مقاومة المحاصيل للحشرات بدلاً من ذلك
وخاصة في نظام الأرز-نطاطات الأرز البنيةوقد ازدادت الأضرار بشكل كبير في ظل ظروف ارتفاع نسبة ثاني أكسيد الكربون، مما يهدد الأمن الغذائي بشكل خطير.
👉 هذا يعني أن منطق الوقاية والمكافحة التقليدي لم يعد قادراً على التكيف مع البيئة الزراعية المستقبلية، ويجب أن نبدأ من آلية الدفاع الخاصة بالمحصول.
فكرة بحثية | من "تثبيط الإنزيمات" إلى إعادة بناء نظام الدفاع في المحاصيل
ركز فريق البروفيسور دوان أبحاثه على مسار أيضي رئيسي في النباتات، وهو مسار فينيل بروبانويد. يُعد هذا المسار مصدرًا مهمًا للنباتات لتخليق مجموعة متنوعة من المواد الدفاعية، بما في ذلك:
• الأحماض الفينولية
• اللجنين
• الفلافونويدات
• مضادات الأكسدة
قام فريق البحث بتقديم مثبطين جزيئيين صغيرين بطريقة مبتكرة:
| المانع | هدف | دلالة |
| بنسلفانيا | C4H | تنظيم اتجاه التدفق الأيضي |
| MDCA | 4CL | تغيير تخصيص مصادر الكربون |
👉 من خلال "تثبيط الإنزيمات الرئيسية → تغيير الاتجاه الأيضي"، حث الفريق النباتات على تصنيع المزيد من المواد ذات النشاط المقاوم للحشرات.
النتيجة الأساسية 1 | تتضاعف الاستجابة الدفاعية بشكل كبير في ظل ارتفاع تركيز ثاني أكسيد الكربون
حددت الدراسة حالتين في بيئة محاكاة:
🌿 مستوى ثاني أكسيد الكربون طبيعي (400 جزء في المليون)
🌿 ارتفاع نسبة ثاني أكسيد الكربون (800 جزء في المليون)
أظهرت النتائج ما يلي:
✅ في ظل ظروف ارتفاع نسبة ثاني أكسيد الكربون
✅ بعد العلاج باستخدام PA و MDCA
✅ تم تعزيز الاستجابة الدفاعية في الأرز بشكل ملحوظ
يتجلى ذلك في:
• تراكم كمية كبيرة من أنواع الأكسجين التفاعلية (ROS)
• التنشيط السريع لإشارات الدفاع
• "تنشيط مُضخّم" للمسارات الأيضية المقاومة للحشرات
وهذا يشير إلى أن ارتفاع نسبة ثاني أكسيد الكربون لا يؤدي ببساطة إلى "إضعاف المقاومة"؛ بل يمكن تحويله إلى ميزة دفاعية من خلال تنظيم معقول.
النتيجة الأساسية الثانية | زيادة ملحوظة في المواد الرئيسية المقاومة للحشرات
كما كشفت الدراسة عن مجموعة متنوعة من الأحماض الفينولية ذات النشاط المقاوم للحشرات، ووجدت أن مستوياتها زادت بشكل ملحوظ بعد المعالجة:
• حمض الفانيليك
• حمض الغاليك
• حمض البروتوكاتيكويك
• حمض البيروكاتيك
📈 في ظل ظروف ارتفاع نسبة ثاني أكسيد الكربون، كانت الزيادة في محتوى المواد المذكورة أعلاه واضحة بشكل خاص.
وقد ثبت أن هذه المواد:
• لها تأثير قوي مضاد للتغذية
• تثبيط سلوك التغذية لدى نطاطات الأرز البنية
• يقلل بشكل كبير من معدل بقائهم على قيد الحياة
👉 إنهم أعضاء رئيسيون في "نظام الدفاع الطبيعي" للأرز.
النتيجة الأساسية الثالثة | بناء سلسلة أدلة كاملة من السلوك إلى الجزيئات
لا تقتصر هذه الدراسة على مستوى "الظاهرة" فحسب، بل تقوم أيضاً ببناء نظام تحقق متعدد الطبقات كامل:
🔬المستوى السلوكي: أظهر التخطيط الكهربائي للاختراق (EPG) أن وقت تغذية نطاطات الأرز البنية قد انخفض بشكل ملحوظ
🧬المستوى الفيزيولوجي: زادت أنشطة ROS وPAL بشكل ملحوظ، وتم تعزيز التعبير عن جينات الدفاع
🧪 على المستوى البيوكيميائي: ارتفع نشاط إنزيمات إزالة السموم لدى الآفات، مما يشير إلى إجهاد فسيولوجي واضح
🧠 على المستوى الجزيئي: أكدت دراسة الالتحام الجزيئي أن الأحماض الفينولية يمكن أن تؤثر بشكل مباشر على إنزيمات إزالة السموم الرئيسية لدى الآفات
👉 تثبت الأدلة متعددة الأبعاد مجتمعة أن آلية الدفاع هذه حقيقية ومستقرة وقابلة للتكرار.
وراء الإنجازات العلمية: نجاح مزدوج للفريق والعلامة التجارية
• الأستاذ دوان، جامعة نانجينغ الزراعية
• المنتج المستخدم: صفيحة ذات 96 بئراً (رقم الكتالوج: PCR001-96)
• تم تقديم المجلة إلى: النبات والخلايا والبيئة
• عامل التأثير: IF = 6.3
• الجائزة المستلمة: بطاقة هدايا JD.com بقيمة 1000