توصل علماء إلى فهم آلية إنتاج النباتات لمركب طبيعي قوي يعمل كمضاد حيوي، في اكتشاف قد يساهم في تطوير جيل جديد من المبيدات الحيوية وتقليل استخدام المواد الكيميائية في الزراعة.

وكشف البحث عن الطريقة التي تنتج بها بعض النباتات مادة تُعرف باسم «ديبنيول»، وهي مركب دفاعي طبيعي يُفرز عند تعرض النبات للإجهاد أو هجوم مسببات الأمراض.

لغز علمي استمر نصف قرن

كان العلماء يعرفون بوجود مادة «ديبنيول» منذ عقود، لكنهم لم يتمكنوا سابقًا من فهم آلية تصنيعها أو إنتاجها صناعيا.

ويُصنف المركب ضمن مجموعة السيسكويتربينويدات، وهي مواد دفاعية تنتجها النباتات لمواجهة الفيروسات والفطريات والبكتيريا والكائنات الممرضة الأخرى.

وتعمل هذه المادة كمضاد حيوي طبيعي يحد من انتشار مسببات الأمراض داخل أنسجة النبات.

تحديد الإنزيمات المسؤولة عن إنتاج المركب

نجح فريق بحثي من Peking University وTsinghua University في تحديد ثلاثة إنزيمات رئيسية مسؤولة عن تصنيع «ديبنيول»، وهي:

EAS

EAE

EH1

وتمثل هذه الإنزيمات الأساس الحيوي لخط إنتاج المركب داخل الخلايا النباتية.

بروتين ينظم إنتاج المضاد الحيوي

أحد أهم الاكتشافات في الدراسة كان تحديد بروتين يُعرف باسم MCD1، يخضع لتنظيم جزيئي عبر مفتاح حيوي يسمى miR1919.

ويعمل هذا البروتين كمنظم رئيسي لعملية الإنتاج، حيث يجمع الإنزيمات المختلفة داخل وحدة متكاملة عالية الكفاءة تُعرف باسم «الميتابولون».

وتسمح هذه الآلية للنبات بنقل المركبات الكيميائية بسرعة بين مراحل التصنيع المختلفة دون فقدان المواد الخام أو هدر الطاقة.

نظام دفاعي سريع وفعّال

أظهرت الدراسة أن تجميع الإنزيمات في مركب واحد يمنح النبات قدرة على إنتاج كميات كبيرة من المادة الدفاعية بسرعة كبيرة عند التعرض للهجوم.

كما يساعد ذلك على توجيه الموارد الكيميائية نحو إنتاج أكثر وسائل الدفاع فعالية بدلًا من استهلاكها في مسارات أقل كفاءة.

مقاومة واسعة ضد الأمراض

أكدت التجارب أن النباتات التي تمتلك هذا النظام الدفاعي المتطور تتمتع بقدرة عالية على مقاومة مجموعة واسعة من مسببات الأمراض، بما يشمل:

الفيروسات.

الفطريات.

البكتيريا.

ويرى الباحثون أن هذه النتائج قد تساعد في تطوير محاصيل زراعية أكثر مقاومة للأمراض بشكل طبيعي.

خطوة نحو تقليل المبيدات الكيميائية

يفتح الاكتشاف الباب أمام تطوير «محاصيل فائقة» تحتاج إلى كميات أقل من المبيدات الكيميائية التقليدية.

كما يمكن أن يقود النجاح في إنتاج مادة «ديبنيول» على نطاق صناعي إلى ابتكار أنواع جديدة من المبيدات الحيوية الصديقة للبيئة، ما يدعم توجهات الزراعة المستدامة عالميا.

أهمية الاكتشاف للقطاع الزراعي

يتوقع الباحثون أن يسهم هذا التقدم في تعزيز الأمن الغذائي وتقليل الخسائر الزراعية الناتجة عن الأمراض النباتية، إضافة إلى خفض التأثيرات البيئية السلبية الناتجة عن الاستخدام المكثف للمبيدات الكيميائية.