یک ژن روی کروموزوم 7 یک گوجه فرنگی وحشی به هیبریدهای مدرن اجازه می دهد تا در نور 24 ساعته رشد کنند و تا 20 درصد میوه بیشتری تولید کنند.

در سال 2014، تیمی از دانشگاه واگنینگن در هلند گزارش دادند که ژنی که از یکی از بستگان گوجه‌فرنگی وحشی به عاریت گرفته شده بود به هیبریدهای مدرن اجازه می‌دهد نور را در تمام ساعات شبانه روز تحمل کنند و گیاهان حامل این ژن تا 20 درصد میوه بیشتری در زیر نور مداوم تولید می‌کنند. این ژن یک نام ناخوشایند دارد: نوع III نور برداشت کلروفیل a/b پروتئین اتصال 13، یا CAB-13. این مقاله در کروموزوم 7 قرار دارد ارتباطات طبیعت، یک مکان غالب در پایین کروموزوم 7 در گونه های گوجه فرنگی وحشی را گزارش کرد که تحمل ایجاد می کند. این اکتشاف بی سر و صدا نشان داد که چگونه تحقیقات گوجه فرنگی گلخانه ای از آن زمان تاکنون مورد بحث قرار گرفته است.

بیشتر گوجه فرنگی های پرورشی نمی توانند 24 ساعت نور را تحمل کنند. چراغ ها را روشن بگذارید و برگ ها زرد می شوند، رشد گیاهان متوقف می شود و محصول از بین می رود. این آسیب از دهه 1920 ثبت شده است. فلفل، کاهو و گل رز آن را رد می کنند. گوجه فرنگی با همین درمان پژمرده می شود. این حساسیت همان چیزی است که گروه واگنینگن برای دور زدن آن تلاش کرد.

نتیجه مطالعه موردی مفیدی است که نشان می‌دهد چگونه یک ژن از یک گیاه وحشی به یک گیاه تجاری منتقل می‌شود و می‌تواند توانایی فیزیکی یک محصول را تغییر دهد.

کاری که گروه واگنینگن در واقع انجام داد

محقق ارشد، آرون ولز رامیرز و همکارانش، نمونه‌های گوجه‌فرنگی وحشی را از نظر توانایی آن‌ها در تحمل نور مداوم غربال کردند، سپس این صفت را به یک مکان در بازوی پایینی کروموزوم 7 ترسیم کردند. آنها از درون‌گرایی برای انتقال منطقه به خطوط هیبریدی مدرن F1 استفاده کردند. Solanum pennellii و هابروشایت های سولانوم به عنوان اهداکنندگان وحشی در آزمایش استخراج. بخش منتقل شده حامل CAB-13 است، یک پروتئین اتصال دهنده کلروفیل با برداشت نور.

گیاهان حامل نسخه گوجه فرنگی وحشی CAB-13 در زیر نور 24 ساعته بدون کلروز خالدار رشد کردند و مانع از فتوسنتز شدند که گونه های معمولی را از بین می برد. در این آزمایش، خطی که بیشترین کراس های معکوس را داشت، تا 20 درصد بیشتر از همان خط تحت یک دوره نوری 16 ساعته، تحت نور مداوم تولید کرد. ولز با نوشتن این مطالعه در Modern Farmer، دلیل اهمیت تجاری این موضوع را ذکر می‌کند: کشاورزان در حال حاضر گوجه‌فرنگی‌های گلخانه‌ای را در نور روز مصنوعی می‌کارند، و ادامه این کار به وضوح در عرض‌های جغرافیایی شمالی با دوره‌های نوری کوتاه زمستانی جذاب است.

این یک مطالعه است، نه یک اجماع ثابت. رقم 20 درصد یک سقف است، نه میانگین – این رقم از یک خط با عملکرد برتر، تحت یک رژیم سبک، در یک گلخانه هلندی در فصل زمستان 2012-2013 می آید. این یک یافته از این مجموعه داده است، نه یک قانون جهانی برای هر گونه گوجه فرنگی در هر گلخانه.

چرا در وهله اول گوجه فرنگی در نور ثابت بیمار می شود؟

دلیل شکست گوجه فرنگی های معمولی در زیر نور مداوم به طور کامل شناخته نشده است. دو مکانیسم معمولاً نامگذاری می شوند. اولین مورد انباشت کربوهیدرات ها است: بدون دوره تاریک، قندهای تولید شده توسط فتوسنتز سریعتر از آنچه گیاه می تواند آنها را صادر کند در برگ ها تجمع می یابد و ماشین آلات فتوسنتز شروع به خاموش شدن می کند. مورد دوم ناهمزمانی شبانه روزی است. گیاهان نیز مانند حیوانات با ساعت های داخلی کار می کنند. وقتی سیگنال نور خارجی هرگز تغییر نمی کند، ساعت از فاز متابولیسم خود گیاه خارج می شود و همه چیز اشتباه می شود.

به نظر می رسد CAB-13 جایی در این آشفتگی ایستاده است. گروه Wageningen ادعا نمی کند که آن را حل کرده است. ولز به Modern Farmer گفت که زیست شناسی زیربنایی آنقدر پیچیده است که توضیح مکانیکی کاملی ندارد.

کار مرتبط بررسی می‌کند که چگونه عوامل رونویسی گوجه‌فرنگی گلدهی و تحمل استرس را در چرخه‌های روزانه هماهنگ می‌کنند. مقاله 2017 گزارش های علمی فاکتور رونویسی DOF گوجه فرنگی به نام TDDF1 را توصیف کرد که با ریتم روزانه نوسان می کند، و گزارش کرد که بیان بیش از حد آن گلدهی را تسریع می کند و در عین حال مقاومت به خشکی، نمک و پاتوژن را بهبود می بخشد. این یک ژن متفاوت است، اما نشان می دهد که چقدر رشد گوجه فرنگی با چرخه روز و شب مرتبط است، که کار CAB-13 در تلاش برای دور زدن آن بود.

20 درصد چه می کنند و چه معنایی ندارند

افزایش 20 درصدی عملکرد بسیار زیاد به نظر می رسد. ارزش این را دارد که با آنچه که او توصیف می کند، بنشینیم.

مقایسه بین خطوط هیبریدی متحمل به نور پیوسته که تحت نور 24 ساعت رشد کرده بودند و همان لاین هایی که در یک دوره نوری 16 ساعت در یک گلخانه تحقیقاتی رشد کردند، بود. این مقایسه ای از کشت 24 ساعته گوجه فرنگی با مزرعه معمولی نیست. این دلیلی بر این نیست که هر پرورش دهنده ای بتواند چراغ ها را روشن کند و یک پنجم میوه دیگر بگیرد. چراغ های روشن 24 ساعته گران است و قبض برق واقعی است. خود Velez اشاره کرد که سود عملی برای تولیدکنندگان در آب و هوای تاریک، جایی که فوتون حاشیه‌ای هزینه بیشتری دارد، خواهد بود.

تحقیقات در زمینه کشاورزی با نور طولانی در سایر محصولات زمانی که انتگرال نور روز ثابت نگه داشته شود، دستاوردهای واقعی پیدا کرده است. و 2026 مرزها در علوم گیاهی مقاله‌ای از Wageningen گزارش داد که کاهویی که در زیر نور مداوم و با نور ثابت روزانه رشد می‌کند، بازده استفاده از نور را 7 تا 11 درصد در مقایسه با دوره نوری 18 ساعته که همان نور کل را تامین می‌کند، با افزایش جرم تازه و خشک افزایش می‌دهد. کاهو به طور طبیعی نور طولانی مدت را تحمل می کند. گوجه فرنگی، بدون CAB-13، شماره.

هندسه نورپردازی به اندازه ژنتیک مهم است

حتی با یک گوجه فرنگی مقاوم به نور، شکل نور نتیجه را تغییر می دهد. نظرسنجی 2024 گزارش های علمی دریافتند که روشنایی LED داخلی در عملکرد گوجه‌فرنگی و بیان ژن‌های مسئول سنتز لیکوپن، فیتوئن و ویتامین C عملکرد بهتری نسبت به LED‌های سربار دارد. تنها روشنایی بالای سر 12 درصد مدیریت شد. جایی که نور می نشیند، میوه را تغییر می دهد.

آن را با یک هیبریدی حامل CAB-13 ترکیب کنید، و تصویر عملی کمتر شبیه یک شگفتی یک نسل و بیشتر شبیه مجموعه ای از راه حل های مهندسی به نظر می رسد. ژنتیک، قرارگیری لامپ، ترکیب طیفی و دوره نوری اهرم هایی هستند. CAB-13 یک محدودیت خاص را حذف می کند. دیگران را حذف نمی کند.

خویشاوندان وحشی به این کار ادامه می دهند

الگوی یافتن یک صفت مفید در یکی از خویشاوندان وحشی یک محصول اهلی جدید نیست. اهلی شدن منجر به حذف تنوع گونه های کشت شده با طراحی می شود. پرورش دهندگان برای اندازه میوه، یکنواختی، ماندگاری و مقاومت در برابر بیماری در محیط های خاص انتخاب شدند. ویژگی‌هایی که در این محیط‌ها مفید نبودند، مانند تحمل رژیم‌های نور غیرمعمول، تمایل دارند از بین بروند. اقوام وحشی آنها را نگه داشتند. تیم واگنینگن دقیقاً این را دریافتند: هر نمونه گوجه‌فرنگی وحشی که آزمایش کردند، اما یک نمونه نور مداوم را تحمل کرد، در حالی که تقریباً هر ژنوتیپ کشت‌شده شکست خورد.

منطق مشابهی در پرورش مقاوم به بیماری وجود دارد، اگرچه تانک همیشه یک گونه وحشی نیست. نظرسنجی 2024 مرزها در علوم گیاهی از یک آنالیز ترانس کریپتوم و متابولوم ترکیبی برای ردیابی مقاومت به پژمردگی فوزاریوم در chieh-qua، کدو مومی، به خطوط جدا شده به عنوان جهش طبیعی از رقم همزاد “feicui” استفاده کرد. یک اصل و نسب مقاوم از تنوع خود فرهنگ ناشی می شود، نه از مهندسی. این درس در همان جهتی است که CAB-13: آنچه که پرورش دهندگان به آن نیاز دارند اغلب در جایی در گیاه وجود دارد، اگر بتوانید آن را پیدا کنید و جابجا کنید.

ارتباط بین گیاهان داستانی جداگانه اما مرتبط است

گوجه فرنگی همچنین به معنای شیمیایی با یکدیگر صحبت می کند. گیاهان آسیب دیده مواد فرار را در هوا آزاد می کنند که گیاهان همسایه می توانند آنها را شناسایی کرده و به ترکیبات دفاعی خود تبدیل کنند. سند 2023 ارتباطات طبیعت آنزیمی که این کار را انجام می دهد شناسایی کرد: یک UDP-arabinosyltransferase گوجه فرنگی، UGT91R1، که سیگنال هوابرد از همسایگان آلوده را به یک گلیکوزید محافظ ذخیره شده تبدیل می کند. این یک ژن متفاوت، یک کروموزوم متفاوت و یک مشکل متفاوت است. شایان ذکر است زیرا به یک واقعیت اساسی اشاره می کند: زیست شناسی مفید یک محصول اغلب بین ژن های کوچک و خاص که وظایف خاصی را انجام می دهند توزیع می شود، نه یک کلید اصلی.

آنچه CAB-13 تنظیم نمی کند

گزارش 2014 ادعا نکرد که رشد گوجه‌فرنگی با نور مداوم از قبل در مقیاس قابل دوام است. این ادعا نمی کند که روشنایی 24 ساعته از نظر اقتصادی ایده خوبی است. او ادعا نمی کند که تنظیم کننده اصلی تحمل دوره نوری را پیدا کرده است. او گزارش می دهد که منبعی از یکی از خویشاوندان گوجه فرنگی وحشی که به هیبریدهای مدرن منتقل شده بود، یک حالت شکست خاص را حذف کرد و در آن مجموعه آزمایشی خاص، عملکرد را تا 20 درصد افزایش داد.

آنچه می‌تواند این سوال گسترده‌تر را حل کند، آزمایش‌های تجاری طولانی‌مدت در محیط‌های هیبریدی متعدد، اندازه‌گیری انرژی ورودی نور، و تجزیه و تحلیل کیفیت میوه (قند، اسیدیته، لیکوپن) تحت نور مداوم در مقابل نور چرخه‌ای است. بخشی از این کار به صورت جزئی انجام شد. هیچ حکم واحدی وجود نداشت.

داستان CAB-13 در کنار موارد دیگری است که زیرساخت‌ها و زیست‌شناسی به روش‌های غیرمنتظره‌ای یک نتیجه معدنی را ایجاد می‌کنند. بلاگ Science توضیح می دهد که چگونه یک درخت نادر بیابانی در مزرعه خورشیدی جمینی در نوادا، نه به دلیل تغییر ژنتیکی، بلکه به این دلیل که ردیف پانل ها باران را در خاک به دام می اندازند، هشت برابر بیشتر گل و ده برابر بیشتر در زیر پانل ها نسبت به صحرای آزاد تولید می کند. مکانیسم متفاوت، شکل یکسان غافلگیری: تغییر یک متغیر و خروجی کارخانه بیش از آنچه شهود پیش بینی می کند تغییر می کند.

نمای طولانی

بیش از یک دهه پس از کاغذ Wageningen، CAB-13 روی برچسب هیچ گوجه‌فرنگی سوپرمارکتی که ما می‌شناسیم نیست. این یافته در ادبیات تحقیق و کارهای بعدی در مورد کیفیت نور، دوره نوری و استفاده از انرژی گلخانه ای یافت می شود. اغلب این داستان ها به همین شکل است. یک خویشاوند وحشی از ژنرال دست می کشد. یک برنامه پرورش آن را به یک خط کشت منتقل می کند. در بیشتر گلخانه‌ها، چراغ‌ها روشن نیستند، زیرا برق از گوجه‌فرنگی اضافی گران‌تر است. و ژن منتظر است، در کروموزوم 7، در صورتی که اقتصاد نور تغییر کند.