The petal identity gene PhDEF has a major binding and regulatory action in the epidermis

ليست الأزهار مجرد كائنات ساكنة من الجمال؛ بل هي نتيجة لمشروع بناء بيولوجي دقيق حيث يجب أن يظهر كل جزء في المكان الصحيح وفي الوقت الصحيح. ولفهم كيف تعرف النبتة أن تنمو بتلة بدلاً من ورقة، أو سداة بدلاً من ساق، درس العلماء منذ زمن طويل مجموعة من التعليمات الرئيسية المعروفة بالجينات الموطنة (homeotic genes). تعمل هذه الجينات كمخطط، حيث تخبر الخلايا بنوع العضو الذي يجب أن تصبح عليه. ولعقود من الزمن، انصب تركيز هذا البحث على البداية الفعلية لحياة الزهرة، عندما تقرر هذه الجينات لأول مرة مصير العضو. ومع ذلك، فإن الزهرة هيكل معقد مكون من طبقات مختلفة من الخلايا، تماماً كما للجدار سطح خارجي ونواة داخلية. وقد ظل لغزاً ما إذا كانت التعليمات الرئيسية التي تقول "كوني بتلة" تعمل بنفس الطريقة في كل طبقة من طبقات تلك البتلة، أم أن الطبقة المحددة للخلية تغير كيفية قراءة تلك التعليمات والتفاعل معها.

وجه فريق من الباحثين اهتمامهم إلى زهرة البيتونيا لحل هذا اللغز، مركزين على جين رئيسي محدد يسمى PhDEF، وهو المسؤول عن إخبار الخلايا بأن تصبح جزءاً من بتلة. كانوا يعلمون من أعمال سابقة أنه إذا فُقد هذا الجين في الطبقة الخارجية للبتلة، فإن الزهرة تبدو مختلفة تماماً عما لو فُقد في الطبقة الداخلية. وقد أشار هذا إلى أن الجين قد يقوم بوظائف مختلفة اعتماداً على مكان وجوده، لكن الآلية الدقيقة كانت محجوبة عن الأنظى. وللكشف عن الحقيقة، قام العلماء بزراعة أزهار بيتونيا ذات طفرات محددة أزالت جين PhDEF من الجلد الخارجي للبتلة، المعروف باسم البشرة (epidermis)، أو من النسيج الداخلي، المسمى النسيج المتوسط (mesophyll). ثم استخدموا أدوات متطورة لقراءة النشاط الجيني للخلايا الفردية وتحديد مكان ارتباط بروتين PhDEF بالحمض النووي (DNA) داخل تلك الخلايا بدقة.

كشف التحقيق أن الجين لا يعمل كمفتاح موحد عبر العضو بأكه. بدلاً من ذلك، ينظم PhDEF مجموعتين مختلفتين تماماً من الجينات المستهدفة اعتماداً على ما إذا كان يعمل في البشرة الخارجية أو في النسيج المتوسط الداخلي. ووجد الباحثون أن تأثير الجين أقوى بكثير في الطبقة الخارجية؛ ففي البشرة، يرتبط بروتين PhDEF بالحمض النووي بتكرار وكثافة أكبر بكثير، متحكماً في مجموعة واسعة من الجينات التي تشكل سطح البتلة. وفي المق المقابل، يكون ارتباطه في النسيج المتوسط الداخلي أضعف بكثير ويؤثر على مجموعة مختلفة وأصغر من الجينات. كما أظهرت الدراسة أن طريقة ارتباط الجين بالحمض النووي متنوعة للغاية؛ فهو يستخدم مزيجاً معقداً من مواقع الارتباط التي تكون خاصة بطبقات معينة وأخرى مشتركة، مما يخلق بصمة تنظيمية فريدة لكل نوع من أنواع الخلايا.

يوضح هذا العمل أن هوية طبقة الخلية لا تقل أهمية عن هوية العضو نفسه. فالجين الرئيسي نفسه، المكلف بصنع بتلة، يجب أن يكيف سلوكه ليتناسب مع السياق المحدد للخلية التي يسكنها. ومن خلال إظهار أن الطبقتين الخارجيتين والداخليتين تستجيبان لنفس الأمر الجيني بطرق مختلفة، تؤكد الدراسة أن تاريخ وموقع طبقة الخلية يؤثران مباشرة على كيفية تنفيذ التعليمات الخاصة ببناء الزهرة. توفر هذه النتائج صورة أوضح لكيفية بناء الهياكل النباتية المعقدة، متجاوزة فكرة وجود مجموعة واحدة ثابتة من القواعد لتكشف عن نظام ديناميكي حيث يملي الموقع الوظيفة.