خواب بذر ابزار مهمی برای بقای گیاهان است که به آنها اجازه می‌دهد در شرایط آب و هوایی منفی زنده بمانند. با این حال، خواب بیش از حد ممکن است زمان کشت را کوتاه کند، بنابراین بسیاری از کشاورزان دوست دارند گونه‌های کم خواب برنج و گندم بکارند تا میزان سبز شدن بذر پس از کاشت بالا باشد. این عمل می‌تواند به پدیده جوانه زدن قبل از برداشت منجر شود، یک مشکل تولید در سراسر جهان که در آن دانه‌ها قبل از زمان برداشت و اغلب در هوای مرطوب روی گیاه مادر جوانه می‌زنند و عملکرد و کیفیت دانه را به شدت کاهش می‌دهند.
توقف فعالیت‌های فیزیولوژی و زیستی بذر، بدون بر هم خوردن سازمان حیاتی آن را خواب بذر می‌گویند. خواب بذر یک سازگاری تکاملی است که از جوانه زدن بذر در شرایط نامساعد اکولوژیکی جلوگیری می‌کند که به‌طورمعمول منجر به بقای گیاهچه می‌شود.
بذرهای خفته در یک دوره زمانی مشخص تحت ترکیبی از عوامل محیطی (که به‌طور عادی منجر به جوانه‌زنی بذر غیر خفته می‌شوند) جوانه نمی‌زنند. جوانه‌زنی با تأخیر، عملکرد مهم خواب بذر است که از جوانه زدن هم‌زمان همه بذرها جلوگیری می‌کند. خواب بذر با جلوگیری از جوانه زدن بعضی از بذرها، به‌طور حیرت‌انگیزی بذرها و نهال‌ها را از آسیب ناشی از دوره‌های کوتاه آب‌وهوای بد یا گیاهخواران گذرا محافظت می‌کند. همچنین در مواقعی که رقابت گیاهان برای نور و آب شدیدتر است، فقط به بعضی از دانه‌ها اجازه جوانه‌زنی می‌دهد.
شکل دیگر جوانه‌زنی تأخیری بذر، خاموش شدن بذر است که با خواب واقعی بذر متفاوت است و هنگامی رخ می‌دهد که یک بذر نتواند جوانه بزند زیرا شرایط محیطی خارجی برای جوانه‌زنی خیلی خشک، گرم و یا سرد است. بسیاری از گونه‌های گیاهان دارای بذرهایی هستند که جوانه‌زنی را برای ماه‌ها یا سال‌ها به تأخیر می‌اندازند. برخی از بذرها می‌توانند قبل از جوانه‌زنی، بیش از ۵۰ سال به‌صورت خفته در بانک بذر خاک بمانند و برخی از بذرها دارای دوام بسیار طولانی هستند، قدیمی‌ترین بذر جوانه‌زده از یک مطالعه از بافت‌های دفن شده در سیبری گزارش‌شده است. تخمین زده‌شده بذرهای گیاه سال‌ها قدمت دارند و محققان با موفقیت گیاه را احیا کردند.
محققان مؤسسه ژنتیک و زیست‌شناسی تکاملی زیر نظر آکادمی علوم چین دو ژن به نام‌های SD6 و ICE2 را شناسایی کرده‌اند که به صورت ترکیبی برای کنترل خواب بذر عمل می‌کنند. آنها دریافتند که SD6 و شریک تعامل آن ICE2 می‌توانند با تنظیم هورمون‌های گیاهی، خواب بذر برنج را به طور متضاد کنترل کنند. به طور خاص، SD6 می‌تواند بیان هورمون‌های کاتابولیک را تقویت کرده و از بیان هورمون‌های آنابولیک جلوگیری کند، در حالی که ICE2 برعکس عمل می‌کند. در این مطالعه، زمانی که بذرها در دمای اتاق بودند، SD6 برای شروع جوانه زنی بذر تنظیم شد. با این حال، در دماهای پایین، SD6 کاهش می‌یابد، اما ICE2 تنظیم می‌شود تا بذر را خفته نگه دارد. محققان SD6 را در سه گونه برنج ویرایش کردند و دریافتند که ویرایش ژن می‌تواند یک استراتژی سریع و مفید برای بهبود تحمل جوانه زدن قبل از برداشت در برنج باشد. سپس ژن‌ها را در گونه‌ای گندم ویرایش کردند و نشان دادند که این ژن مقاومت مشابهی در برابر پدیده جوانه زدن قبل از برداشت ایجاد می‌کند.
در این مطالعه، محققان از مجموعه‌ای از خطوط جایگزینی تک بخش کروموزوم حاصل از تلاقی بین نوع برنج ژاپنی با خواب ضعیف و یک نوع برنج با خواب قوی برای شناسایی ژن‌ها استفاده کردند، که به خواب بذر برنج کمک می‌کند. به طور خلاصه، SD6 و ICE2 با تنظیم دقیق محتوای اسید آبسیزیک (ABA) در دانه‌ها بسته به دما، خواب بذر را تنظیم می‌کنند. به این ترتیب، آنها به دانه‌ها کمک می‌کنند تا بر تغییرات فصلی طبیعی غلبه کنند و تولید مثل موفق را تضمین کنند. به همین دلیل، SD6 ممکن است یک هدف قدرتمند برای بهبود مقاومت جوانه‌زنی قبل از برداشت در غلات در شرایط مزرعه باشد.
نتایج این مطالعه در مجله Nature Genetics منتشر شد. پژوهشگر ارشد، چو چنگ‌چای در این باره گفت: این یافته‌ها برای جلوگیری از خسارات عظیم کشاورزی و تضمین امنیت غذایی بسیار مهم هستند. وی کشور چین را به عنوان نمونه برشمرد و گفت: پدیده جوانه زدن قبل از برداشت در فصل برداشت در جنوب کشور به حدود ۶ درصد سطح زیر کشت برنج معمولی و ۲۰ درصد از سطح زیرکشت برنج هیبریدی آسیب وارد کرده است. به گفته این محقق، بسیاری از مناطق کاشت گندم و برنج در دره میانی و پایینی رودخانه یانگ تسه در سال‌های اخیر بیشتر آسیب دیده‌اند، تغییرات آب و هوایی جهانی این مشکل را بدتر کرده است. مطالعه جدید آخرین نمونه از تلاش‌های تحقیقاتی تشدید شده چین برای تضمین امنیت غذایی است.
دانشمندان بر این باورند که کشف این دو ژن می‌تواند به دانه‌های محصول کمک کند تا بر تغییرات فصلی طبیعی غلبه کرده و تولید مثل موفق را تضمین کند.
منبع: chinadaily
