المركبات عديدة الأمين ومنظمات النمو الثانوية

Polyamines & secondary growth regulators

يعتقد أن الخمس مجموعات التي تعمل كمنظمات نمو نباتية (الاوكسينات والسيتوكينينات والجبريلينات وحامض الابسيسك وغاز الاثيلين) قد لا تكون مسئولة مسؤولية مباشره عن تنظيم عمليات النمو في النبات. لكن يتم ذلك عبر رسل ثانوية secondary messengers تقوم بتنظيم التعبير الجيني وتصنيع البروتينات وهذه المركبات تضم الأوليجوسكريد، والاستيرول، والانزيتول ثلاثي الفوسفات والمركبات العديدة الأمين. لكن يعترض البعض على إضافة المركبات العديدة الأمين ضمن منظمات النمو الثانوية إذ تصنف كمجموعة مستقلة لأنها تلعب دور كبير وواضح كمنظم للنمو حيث تؤثر في عملية تضاعف الحامض النووي والاستجابات المورفولوجية المختلفة (2002 ,Bais & Ravishankar). وتحتوي كل النباتات الراقية على مركبات اليفاتية عديدة الأمين ذات وزن جزيء منخفض ضرورية للنمو وأهمها putrescine, spermine, tetraamine.

ويعتقد أن هذه المركبات والتي توجد أما حرة أو مرتبطة ذائبة أو غير ذائبة تلعب دورا في مدى تأثير ظروف الإجهاد البيئي على النمو والتطور. ويكون مستوى هذه المركبات مرتفعاً في مناطق النمو النشطة كالقمم النامية في الأفرع والجذور والخلايا غير المتكشفة أو تلك التي دخلت للتو في مرحلة التكشف ولذا يرجع استجابة الأنسجة الحديثة لزراعة الأنسجة مقارنة مع الأنسجة البالغة إلى ارتفاع محتواها من تلك المركبات (1994) .Rey et al ، أما (2000) .Bais et al فيعتقد أن الإضافة الخارجية للمركبات عديدة الأمين تعمل على إعاقة فعل الإثيلين وبالتالي تزيد من استجابة النسيج في مزارع الأنسجة. كما ثبت تخليق هذه المركبات في الأنسجة النباتية المنزرعة معمليا، وتعمل على استحثاث فعل منظمات النمو. يتم التصنيع الحيوي لهذه المركبات من بعض الأحماض الأمينية مثل الأرجينين ويختلف مسار التصنيع باختلاف الأنواع وما إذا كان هناك نمو وتكشف أم لا، وتنشط الإنزيمات المصنعة لها مثل ornithine decarboxylase أثناء انقسام الخلايا وبينما ينشط أنزيم arginine decarboxylase أثناء استطالة الخلايا. ويتأثر التصنيع بمكونات البيئة فيزيد تصنيع putrescine عند إضافة أملاح الأمونيوم بالمقارنة مع النترات، والمواد المثبطة للإنزيمات السابق ذكرها تثبط النمو والتكشف (Cou'ee et al., 2004).

وقد وضح (2008) .Moshko et al الدور الذي تقوم به المركبات عديدة الأمين في مزارع الأنسجة فيما يلى:

1. تعمل المركبات عديدة الأمين ككاتيونات وترتبط بقوة بالأحماض النووية والبروتينات التي تحمل شحنة سالبة. وتعمل بذلك على ثبات الأحماض النووية المرتبطة بها فتكون أكثر مقاومة لإنزيمات التحلل والحرارة.

2. قد يكون لها نفس دور البوتاسيوم والكالسيوم والماغنسيوم في النبات.

3. لها دور في ثبات الرقم الهيدروجيني للبيئة، وفى الظروف الحامضية يزيد تركيز الألومنيوم من التخليق الحيوي لـ putrescine.

4. ربما ترجع زيادة النمو بإضافة هذه المركبات إلى مقدرتها على الارتباط بمجموعات الفوسفولبيدات وبعض المركبات الأخرى في الغشاء الخلوي مثل السكريات العديدة التسكر والأحماض الأمينية.

5. تحور فعل بعض الإنزيمات وتزيد من تضاعف وترجمة الحامض النووي، وتكون أيضاً ضرورية لتحويل trna من الحالة غير النشطة إلى الحالة النشطة.

هناك تداخل لهذه المركبات مع منظمات النمو فإضافة المركبات عديدة الأمين إلى مزارع الأنسجة يكون لها تأثير مشابه للاكسين في انقسام الخلايا واستطالتها وفي بعض الحالات يمكن أن تحل محل الأوكسينات ويعتقد أن كلاهما يعمل معا في الغشاء الخلوي مع أيون الكالسيوم فتشجع تخليق أنزيم البيروكسيديز بالأوكسينات يعتمد على وجود الكالسيوم. لكن المركبات عديدة الأمين تسبب سرعة خروج أيون الكالسيوم من الغشاء الخلوي وتثبط التخليق الحيوي وفعل الإثيلين وبالتالي تؤخر ظهور الشيخوخة في معلق خلايا الورد بفعل الإثيلين (1983 ,.Muhitch et al). والإثيلين نفسه ممكن أن يقلل من معدل التخليق الحيوي للبولي أمين باختزال نشاط أنزيم الارجينين ديكربوكسيليز. وإيقاف التخليق الحيوي للإثيلين باستعمال بعض المواد مثل AVG يزيد من تخليق spermine واستعمال مثبطات تخليق المركبات عديدة الأمين قد تؤدى إلى زيادة أو نقص في تخليق الإثيلين في أصناف البسلة المتقزمة يزيد GA3 من الأرجينين ديكربوكسيليز مما يؤدى إلى زيادة تركيز المركبات عديدة الأمين في الأنسجة. وتتباين كمية البولي أمين في السلالات المختلفة حسب طول السلاميات ومحتواها من GA3 ويؤدى التثبيط الحيوي لتخليق المركبات عديدة الأمين إلى قصر السلاميات في السلالات المتقزمة (Smith et al., 1985). وبالرغم من ذلك يبدو أن المركبات عديدة الأمين تؤثر فقط في انقسام الخلايا لكن الجبريلينات تؤثر في النمو بزيادة معدل استطالة وانقسام الخلايا، وبذلك يمكن القول أن البولي أمين يساهم جزئيا في عمليات النمو.

وجد أيضا أن السيتوكينيات تؤدى إلى زيادة في التخليق الحيوي للبولي أمين ويرجع ذلك إلى تنشيط أنزيم الارجينين ديكربوكسيليز. وكما هو الحال في فعل السيتوكينيات تؤدى المركبات عديدة الأمين إلى تأخير الشيخوخة. ويفسر البعض تأخير الشيخوخة بالمعاملة بالسيتوكينيات إلى زيادة محتوى الأنسجة من المركبات عديدة الأمين والتي تعمل على ثبات الغشاء الخلوي ضد إنزيمات التحلل ومنع أكسدة اللبيدات وهدم الأحماض العضوية.

دور المركبات عديدة الأمين في زراعة الأنسجة

1. تكوين الكالس

تشجع المركبات عديدة الأمين انقسام الخلايا وتكوين الكالس ويزيد تأثيرها الإيجابي عندما تضاف مع منظمات النمو. وربما يرجع السبب في ذلك إلى تأثير تلك المنظمات على تصنيع الإثيلين. ولوحظ فعلا تحسين في نمو الكالس لعديد من النباتات بإضافة spermidine و spermine. والمركبات عديدة الأمين المرتبطة مع بعض الفينولات مثل أحماض cumaric و cinnamic تشجع من الانقسام الخلوي ويتوقف مدى التشجيع على التركيز المضاف منها، وهناك حد حرج بعده يثبط النمو. وقد وضحت دراسة (2004) Tang & Newton أهمية محتوى الكالس من المركبات عديدة الأمين في اكتساب الكالس اللون البنى وبالتالي موته وعدم التكشف في أشجار الصنوبر. وقد سجلا انخفاض putrescine و spermidine و spermine في الأنسجة ذات اللون البني بالمقارنة مع الكالسات السليمة بمقدار 63.8 - 71.5 و 47-65.5 و 62.3-74.5 % للمركبات السابقة على التوالي.

2. التكشف

ينخفض تركيز مركبات البولي أمين خاصة spermine و spermidine بتقدم عمر النبات وقد يكون ذلك سببا في انخفاض قدرتها على التجذير والتكشف. كذلك أدت إضافة مثبطات تخليق المركبات عديدة الأمين إلى منع تكوين الجذور العرضية في الدخان، وقد شجعت تكوين الدرنات في البطاطس بمنع تخليق الجذور العرضية Bais 2002) & (Ravishankar لكن تشير بعض الأبحاث إلى عدم فاعلية المركبات عديدة الأمين في تنشيط الجذور العرضية. وتؤدى زيادة معدل تخليق البولي أمين داخليا إلى تثبيط تكوين مبادئ الجذور على العقل والسويقة الجنينية العليا للفاصوليا المعاملة بـIBA ويزيد تجذير هذه الأجزاء عند إضافة 50 ميكرومولر من Spermidine في وجود IBA. وتساهم المركبات عديدة الأمين في إلغاء التأثير المثبط للضوء على تكوين الجذور.

3. تكوين الأجنة الجسدية

أشارت بعض الأبحاث إلى أهمية المركبات عديدة الأمين في تكوين الأجنة الجسدية، مثلا وجد أن هناك زيادة في معدل التصنيع الداخلي للمركبات عديدة الأمين أثناء تكوين الأجنة الجسدية في الجزر البري. وانخفض عدد الأجنة المتكونة بإضافة المواد المثبطة لتصنيع المركبات عديدة الأمين، وانعكس هذا التأثير بإضافة المركبات عديدة الأمين. ويتوقف تأثير الإضافة الخارجية على النوع النباتي والصنف المنزرع فقد أوضح (2000) .Martinezet al عند دراسة استجابة صنفين من البصل لتكوين نباتات أحادية من زراعة الأزهار في بيئة محتوية على putrescine لمدة 15 يوم ثم نقلت بعدها إلى بيئة التكشف المحتوية على spermidine أن استجابتهما متباينة. وتشير النتائج المبينة في (الجدول التالي) أن إضافة 2 ميكرومولر من putrescine و 0.1 ميكرومولر من spermidine كانت أفضل المعاملات في إنتاج الأجنة الأحادية. وربما تكون النسبة بين spermidine و putrescine هي المنوط بها استحثاث تكوين الأجنة الجسدية في أصناف الأرز المعروف بمقدرتها العالية على تكوين الأجنة الجسدية حيث كانت النبسة 2.3 أما بارتفاعها إلى 3.8 فتقل تلك القدرة، أما الأصناف التي كانت تلك النسبة فيها 10 فلم يكن لها القدرة على تكوين أجنة جسدية .(2001 ,.Shoeb et al)

جدول يبين: تأثير إضافة putrescine و spermidine على تكشف الأجنة والأجنة الأحادية من زراعة أزهار الصنف Valcatorce INTA لنباتات البصل Martinez et al., 2000