این مقاله یک پژوهش علمی است که در مجله‌ی Science منتشر شده و به بررسی پیری در گیاهان از منظر تغییرا…

این مقاله یک پژوهش علمی است که در مجله‌ی Science منتشر شده و به بررسی پیری در گیاهان از منظر تغییرات «اپی‌ژنتیک» (یعنی تغییرات در نحوه‌ی بیان ژن‌ها بدون تغییر در خودِ DNA) می‌پردازد. ---پیری در گیاهان، یک برنامه‌ی ازپیش‌تنظیم‌شده برای تخریب نشانگرهای شیمیایی DNA استپیری در گیاهان چه تفاوتی با جانوران دارد؟همه‌ی موجودات زنده پیر می‌شوند، اما پیری در گیاهان با جانوران تفاوت‌های اساسی دارد. در جانوران، اغلب اندام‌ها از همان دوران جنینی تشکیل می‌شوند و پس از آن، همه‌ی بدن به یک سنِ واحد پیر می‌شود. اما گیاهان، در طول زندگی خود همواره اندام‌های جدیدی (برگ، ساقه، ریشه) از سلول‌های بنیادیِ موجود در «نوک ریشه» و «نوک ساقه» می‌سازند. بنابراین، ممکن است یک گیاهِ مسن، برگ‌های تازه‌ای داشته باشد که از نظر سن، بسیار جوان هستند. این ویژگی، مطالعه‌ی پیری در گیاهان را خاص و جذاب می‌کند.ابزار پژوهش: نشانگرهای شیمیاییِ روی DNAهر سلولِ گیاه، DNAای دارد که به دور پروتئین‌هایی به نام «هیستون» پیچیده شده است. گاهی به برخی از قسمت‌های DNA، یک گروه شیمیایی به نام «متیل» متصل می‌شود که این فرایند را «متیلاسیون DNA» می‌نامند. متیلاسیون معمولاً باعث خاموش شدن ژن‌ها یا بخش‌های تکراریِ DNA می‌شود. در پستانداران، دیده شده که با افزایش سن، میزان متیلاسیون در برخی مناطق کاهش می‌یابد و این تغییرات به قدری منظم است که دانشمندان از روی آنها می‌توانند سنِ دقیق یک فرد را تخمین بزنند (به این ابزار، «ساعت اپی‌ژنتیک» می‌گویند). اما تا پیش از این، مشخص نبود که چنین الگویی در گیاهان هم وجود دارد یا خیر.یافته‌ی اصلی مقاله: پیری در گیاهان نیز با کاهش متیلاسیون همراه استمحققان با استفاده از گیاهِ مدل «آرابیدوپسیس» (یک گیاه کوچک با چرخه‌ی زندگیِ کوتاهِ حدود ۷ هفته‌ای)، دریافتند که در برگ‌های مسن، متیلاسیونِ DNA در بخش‌های تکراری (مثل عناصر قابل‌جابجایی) به طور قابل‌توجهی کاهش می‌یابد. این کاهش، بسیار شبیه به آن چیزی است که در پیریِ پستانداران دیده می‌شود. جالب اینکه این کاهش در ژن‌های فعال (که پروتئین می‌سازند) دیده نشد، بلکه فقط در مناطق تکراری و به‌اصطلاح «خاموش» ژنوم رخ داد.ایجاد یک «ساعت اپی‌ژنتیک» برای گیاهانمحققان با استفاده از داده‌های متیلاسیونِ ۸۹ نمونه‌ی مختلف از گیاهانِ با سنین گوناگون، یک مدل رایانه‌ای ساختند که بتواند سنِ یک برگ را فقط از روی الگوی متیلاسیونِ DNA آن پیش‌بینی کند. این مدل (که با استفاده از روش «ان الاستیک نت» ساخته شد) توانست با دقت بسیار بالایی (خطای حدود ۵ روز) سنِ برگ‌های ناشناخته را تخمین بزند. این یعنی وجود یک «ساعت پیری» در گیاهان اثبات شد که مشابه ساعتِ شناخته‌شده در انسان و پستانداران است.آیا نرخ پیری در گیاهان مختلف متفاوت است؟بله! محققان نشان دادند که با تغییر شرایط رشد (مثلاً کاهش طول دوره‌ی روشنایی از ۱۶ ساعت به ۸ ساعت در روز)، گیاهان دیرتر پیر می‌شوند و نرخ کاهش متیلاسیون در آنها به طور قابل‌توجهی کندتر می‌شود. همچنین با دستکاری ژنتیکی و جهش در مسیرهای تنظیم‌کننده‌ی پیری (مثل مسیر miR156/SPL)، گیاهانی با عمر کوتاه‌تر یا بلندتر ساخته شدند که نرخ کاهش متیلاسیونشان به ترتیب سریع‌تر یا کندتر از گیاهِ معمولی بود. به عبارت دیگر، سرعت تغییرات اپی‌ژنتیک، به خوبی سرعتِ بیولوژیکیِ پیری را نشان می‌دهد.سلول‌های بنیادی گیاهی، در برابر پیری اپی‌ژنتیک مقاوم‌اندیکی از جذاب‌ترین یافته‌های این مقاله این است که سلول‌های بنیادی درون «مریستم‌های رأسی ساقه» (جایی که برگ‌های جدید از آن می‌رویند)، با افزایش سنِ گیاه، کاهش متیلاسیون نشان نمی‌دهند. این سلول‌ها، سطح بالای متیلاسیون خود را در تمام طول عمر گیاه حفظ می‌کنند و به نظر می‌رسد که «بی‌سن» هستند. به همین دلیل، برگ‌های جوانی که از این مریستم‌ها بیرون می‌آیند، یک «ساعت صفرِ اپی‌ژنتیک» دارند و پیریِ خود را از همان نقطه‌ی صفر شروع می‌کنند، مستقل از سنِ کل گیاه. این موضوع توضیح می‌دهد که چرا درختان کهنسال، هنوز هم شاخه‌های جوان و تازه تولید می‌کنند.مکانیسم مولکولی: یک برنامه‌ی تنظیم‌ژنیِ ازپیش‌طراحی‌شدهسوال مهم بعدی این بود که چه چیزی باعث کاهش متیلاسیون در برگ‌های مسن می‌شود؟ محققان دریافتند که با افزایش سنِ برگ، بیان دو ژن به نام‌های TCX5 و TCX6 افزایش می‌یابد. این دو ژن، پروتئین‌هایی می‌سازند که باعث خاموش شدنِ ژن‌های مسئولِ حفظِ متیلاسیون DNA می‌شوند. به عبارت دیگر، یک برنامه‌ی ازپیش‌تنظیم‌شده در گیاه وجود دارد که با افزایش سن، دستگاهِ تعمیر و نگهداریِ متیلاسیون را خاموش می‌کند و در نتیجه، متیلاسیون به تدریج کاهش می‌یابد.