الرئيسية
اليوم في 4:16 pm من طرف amira333
التحكم او تنظيم النمو والتكشف
The Control or Regulation of Growth and Differentiation
(Plant Phenology)
- التكشف على مستوى الخلية والنسيج والنبات
- التكشف البيوكيميائى
- نوع التنظيم داخل الخلية
--------------------------------------------------------------------------------
قبل أن ننوة على موضوع التحكم او تنظيم عملية النمو والتكشف في النبات يجب أن ننوة الى الأتي :-
Differentiation : هو التشكل أو التميز وهو عبارة عن التغيرات التي تؤدى في النهاية لتكوين تركيبات مختلفة أو متميزة ولا يعتبر هذا نموا ً ولكن ملازم له. كما في تشكل الخلايا المرستيمية حيث تنمو زوائد صغيرة من المرستيم المحور في ترتيب سوارى منتظم وهذه الزوائد هي التي يتكون فيها اجذاء الزهرة بطريقة تشبة تكوين الأوراق وبذلك يقال أن البرعم تكون وان الـ Determination قد حدث .
Development : هو التكشف أو محصلة التأثير الكلى الناتج عن التميز والنمو في تسلسل محدد أو هو التغير في الشكل والتخصص والانتقال من مرحلة ألي أخري .
Canalization of development : هو دخول خليتين أو مجموعة من الخلايا في قنوات التطور والتكشف غير رجعية وفيها يكون أمام الخلايا المنقسمة عدة مسالك pathway alternative للتطور تنتج من الانقسام الغير متساوي للسيتوبلازم . فالزيوت تتكشف خلاياه أما الى ساق أو جذر أما الساق فتتكشف خلاياه ألي أعضاء مختلفة ساق او أوراق وبراعم و أزهار ، وبداخل كل عضو يحدث تخليق لأنسجة مختلفة وبداخل كل نسيج يحدث تخليق لخلايا.
Determination in plant : هو تحديد شكل العضو وهى مرحلة تالية للتميز فعندما يصل العضو مثل leaf primordium الى مرحلة متقدمة لا يمكن أن يرجع ليكون نسيج أخر anther structure يقال أنة حدث له تحديد determined
Induction : وهو الحث حيث أن كثير من العمليات الفسيولوجية تبدأ بمرحلة حث مثل الحث الزهري flower induction وهى تسبق التخليق أو التميز الزهري وهو تميز فسيولوجية غير مرئية يتعلق بالظروف الايضية داخل المرستيم . تلى تلك المرحلة
Initiation : وهو أول تغير ميكروسكوبي يحدث عند تحول المرستيم الخضري الى مرستيم زهرى وهو تغير يشمل شكل المرستيم إذ يبدوا كما لو كان قد تعطل في الجزء المركزي حتى يصبح مفلطحاً عند قمتة بدلا من شكلة المخروطي ثم يلي ذلك مرحلة
التكشف على مستوى الخلية والنسيج والنبات :-
يحدث التكشف ابتداء من الزيجوت حيث ينمو قطبيا متأثرا بالعوامل البيئية مثل الضوء كماً وكثافة ، كمية الاكسيجين المتاحة لكل خلية أو نسيج ، كمية الماء المتاحة ، ضغط الخلايا المجاورة ، كمية الغذاء العضوي والمعدني المتاح بالخلية نتيجة توزيع السيتوبلازم الغير متساوي ، الجاذبية الأرضية ، درجة pH الخلية ، اختلاف الجهدالكهربى غير الخلايا المختلفة واخيراً كمية ونوع الهرمونات المتمركزة بالخلايا نتيجة توزيع السيتوبلازم الغير متساوي .فتنقسم خلايا الزيجوت الى عدد كبير لتكوين الجنين كل خلية من الخلايا المتكاثرة تحتوى على نفس التركيب الوراثي لخلية الزيجوت ألام ولكن بالرغم من ذلك فالخلايا الناتجة تتميز الى أنسجة(جذور وسيقان).
أما التكشف على مستوى الأنسجة والنبات فتظهر جلياًفى النباتات الخشبية حتى تتميز ألي طورين هي Juvenile , Adult تمتاز الأولى بعدم مقدرة النباتات على الإزهار ولكن ليس الإزهار هو الفرق الوحيد بين الطورين فحسب بل هناك فروق أخرى تؤثر في الحد من الصفات الحضرية وكذلك فروق تشريحية بين قمم الفروع في كلا من الطورين حيث يتميز طور البلوغ بوجود مساحة مرستيمية اصغر من تلك الموجودة في طور البادرة .
مما تقدم يظهر السؤال القائل ما هي العوامل التي تؤدى الى التكشف وظهور الظواهر الفسيولوجية المختلفة ولماذا تتكشف خلية معينة لتصبح خلية وعاء خشب وأخرى لتصبح خلية مرافقة بالرغم من أن الخليتين لهما نفس التركيب الوراثي ولماذا تتكشف مجموعة من الخلايا المرستيمية لتعطى فرع خضري وأخرى لتعطى زهرة وهو ما يعرف الMorphogenesis ويبدو أن هناك عوامل كثيرة تتظافر تؤدى ألي التحديد والتكشف .
أعلى الصفحة
التكشف البيوكيميائى
هناك مظاهر كثيرة تختص بالتكشف البيوكيميائى مثل الاختلافات بين الأنسجة في مقدرتها على إنتاج الأنزيمات والأحماض الأمينية والفيتامينات والقلويدات وتخزين المواد الغذائية هذه الاختلافات في مقدرة الخلايا على إنتاج أو عدم إنتاج تلك المواد يعنى بالضرورة تنشيط جينات معينة أو قمعها وقد وجدت كثير من الأدلة على اختلافات الخلايا في مقدرتها على التمثيل الحيوي مثل امتصاص الجذور في تمثيل بعض الأحماض الأمينية مثل حمض الجلوتاميك وحمض الاسبارتيك بينما الأوراق تمثل أحماض الارجنين وحمض الفالين والتريبتوفان كما أن القلويدات تمثل في الجذور ولا تمثل في الأوراق وتنتقل من الجذور لتخزن في الأوراق كما في نبات ألا تروبا .كذلك بعض الهرمونات تتكون في الجذور مثل السيتوكينين والجبرلين ثم تنتقل الى الأوراق في حين ألا كسين يمثل في القمم النامية للفروع والأوراق الحديثة كذلك نجد عند زراعة قمم الجزر In Vitro نجدها تحتاج بالضرورة الى فيتامين الثيامين والبيرودكسين وحمض النيكوتين في بيئتها للحصول على نبات كامل هذا يعنى ان تلك الفيتامينات لاتمثل في البذور بل تمثل في الأوراق والأفرع ثم تنتقل للجذور حتى يمكنها النمو بدليل عدم قدرة الجذور المفصولة على النمو بدون أضافتها للبيئة الغذائية .
مما تقدم يعنى أن الأعضاء المختلفة تختلف في قدرتها على التمثيل الصوئى الكيميائي وهذا دليل على أن بعض الجينات تكون في حالة قمع Turing on والبعض الأخر في حالة نشاط Turing off وهذا يؤدى ألي ذلك الاختلاف وهو ما يعرف بنظام Switching genes on and off
أعلى الصفحة
نوع التنظيم داخل الخلية Type of regulation in plant
اتفق الفسيولوجين منذ 1903 على أن النمو والتكشف وبمعنى اشمل جميع المراحل الفسيولوجية للنبات ما هي ألا ناتج سلسلة من التفاعلات الحيوية والتي تتأثر بعديد من العوامل الداخلية والخارجية ويكون تنظيمها عن طريق تنظيم عمليات التمثيل الحيوي ويمكن تلخيص طرز التنظيم كما يلي
أ-التنظيم بتأثير العوامل الداخلية
1 -تنظيم نشاط الجين
2- تنظيم نشاط الأنزيم
3- التنظيم بواسطة الهرمونات الداخلية
ب-التنظيم بتأثير العوامل الخارجية
1- درجة الحرارة
2- الضوء ونظام الفيتو كروم
أعلى الصفحة
أولا: التنظيم بتأثير العوامل الداخلية
1- تنظيم نشاط الجين
يشمل تنظيم نشاط الجين تنظيم كل من عمليتي النسخ وعملية الترجمه لان تلك العملتين متتبعتان في تسلسل يؤدى في النهاية الى تكوين الببتيد العديد والبروتين أو بمعنى أخر بروتين الإنزيم ففي سنة 1961 أعلن Jacob&Monod اقتراحهم حول تنظيم عملية النسخ والتي عرفت فيما بعد بنموذج Jacob&Monod وتبعا لهذا الاقتراح فقد قسمت الجينات الى ثلاث أنواع وهى :
1- Regulator Genes وهى الجينات المنظمة لعمل عديد من الجينات الأخرى والتي يطلق عليها اسم الجينات العاملة
2-Operator Genes وهى الجينات العاملة التي تقوم بدور عامل التليفون وهى التي تتحكم في فتح وغلق عدد كبير من الجينات الأخرى التي يطلق عليها StStuctural Genes
3-Structural Genes وهى الجينات المسئولة عن التركيب الخاص بالبر وتينات أو ببروتين الإنزيم ولقد افترض تنظيم نشاط الجين يكون عن طريق Regulator Genes والذي يتحكم في Regulator Genes الذي بدورة يقوم بفتح اوقفل عدد من Structural Genes المسئولة عن إنتاج أنزيمات معينة تؤدى تفاعلات بيوكميائية في سلسلة ينتج عنها في النهاية ظاهرة فسيولوجية معينة .ويتم ذلك بأن يقوم ال Regulator Gene بإفراز مثبط لعمل Operator Genes ويطلق على هذا المثبط اسم القامع او الكابح وقد اقترح Gelbert 1967 أن عديد من هذه Repressor هي عبارة عن بروتينيات تقوم بمنع الجين العامل وبالتالي لا تؤدى وظيفتها كما اقترح Jacob&Monod أن الكابح يمكن تثبيطة بمادة ذات وزن جزيء منخفض أطلق عليها effector والتي تلغى قدرة الكابح على العمل وبالتالي يصبح Operator Genes حر تاركا ال Structural Genes قادرة على العمل من خلال إصدارها الأوامر الخاصة بتكوين البروتين وهى m RNA وبالتالى لانتاج إنزيمات متخصصة لاتمام تفاعلات معينة وظهور ظاهرة فسيولوجية أو صفة أو تميز خلوي أو تكشف خلايا أو أنسجة معينة
هناك عدة اقتراحات لطبيعة عمل الEffector أول تلك الاقتراحات هي :
أ- Substrate induction وفيها يفترض أن مادة التفاعل هي التي تقوم بدور ال Effector حيث ان القامع يتكون باستمرار الى أن يتوافر تركيز معين من مادة التفاعل فتقوم بالتأثير على القامع فتغير تركيبة الجزيئي وبذلك يصبح غير قادر على التأثير على (steric configuration ) Operator gene وبالتالى تتمكن Structural genes في إرسال mRNA وتكوين الأنزيمات الخاصة بالعمل على مادة التفاعل Substrate وبذلك تكون مادة التفاعل هي المحفزة على إنتاج الأنزيمات بطريقة غير مباشرة
ب- End product repression في هذا الافتراض أن الكابح أو القامع الذي ينتيجة regulator gene يكون غير نشط في بادئ الأمر وبالتالى لا يستطيع أن يقوم بعملية inactive يسمح Operator لل Structural بالعمل في إفراز mRNA وانتاج الأنزيمات التي تعمل على أداء تفاعلات معينة يكون من نواتجها مواد “End product” تعمل على تنشيط القامع لاداء عملة وإيقاف إنتاج الإنزيمات وإيقاف التفاعل بالتالي . ونواتج التفاعلات هذه تكون ذات أوزان جزيئية منخفضة فهي التي تقوم بدور Effector في هذه الحالة.
ج- Repression by Histones هذه النظرية تفترض أن البروتين القاعدي المعروف بالهستون والذي يحتوي على نسبة كبيرة في تركيبه على الحمض الأميني الأرجنين والليسين" والموجود بالكروموسومات يعمل كمادة مثبطة لفصل المادة الوراثية إذا ما اتحد بها وبذلك ينظم فعلها من المراحل الجنينية وحتى الموت.
وهناك تجربة مثيرة تشير إلى أن الهستون هو المنظم لنشاط الجين وذلك من خلال استخدام نظام Cell free system وفى هذا النظام يتم عزل إحدى عضويات الخلية مثل الكلوروبلاست أو الريبوسوزومات أو الميتاكوندريا المراد دراسة ما بها من التفاعلات ويضاف أليها الأنزيمات الضرورية ومعاونات الأنزيمات ومواد التفاعل لاختبار سير التفاعلات بها" .
في هذه التجربة ولدراسة تحكم البروتين الهستوني في عملية النسخ والترجمة في النباتات البقولية والتي تقوم بتخزين Globulin في فلقاتها مثل البسلة .تم استخدام نظام cell free system وذلك بعزل كروماتين من البراعم الجانبية ومن القلقات "الكروماتين يحتوي علي DNA الخاص بالمعلومات الوراثية الخاصة بإنتاج الجلوبيولين بالإضافة إلى البروتين الهستوني" ويضاف إلية كل المكونات المطلوبة لتكوين RNA mوأنزيمات الخاصة بعملية تكوينه مثل أنزيم RNA polymerize وكذلك الربيوزومات المسئولة عن عملية الترجمة وتستخدم بكترياE. Coli كمصدر لتلك المركبات كذلك يشمل cell free system الأحماض الأمينية جميعها وعادة يضاف الليسين المعلم leucine c14 لانه يدخل في تركيب البروتين القاعدي المعروف بالهستون لاختبار مكان وجودة. ثم يحضن هذا النظام ويختبر بعد ذلك تكوين Globulin من عدمه .
وقد وجد أنة عند استخدام كروماتين من البراعم الجانيبيه لم ينتج عنها تكون Globulin. أما الكروماتين المعزول من الفلقات فقد أمكن بواسطة إنتاج Globulin من خلال نظام cell free system وذلك لاحتواء الأول علي الهستون وخلو الثاني منه وعند فصل DNA عن البروتين الهستونى من كل من نوعي الكروماتين أمكن تخليق Globulin في نظام Cell free system .
ولقد وجد من الدراسات المتقدمة إن كميه الهستونات تتغير مع تغيير طور النبات وأثناء الانقسامات الميتوزيه للخلايا واثناء تكوين حبوب اللقاح وتطور الازهار فقد أختفي الهستون من تلك الأعضاء لذلك وجد الباحثين أن افتراض أن الهستون هو المنظم لنشاط الجين افتراض مقبول ولكن ما زلنا نحتاج ألي كثير من الإدله علي ذلك .
والسؤل الذي يطرح نفسه ألان هو كيف يعمل الهستون علي تنظيم نشاط الجين وهناك احتمالين لذلك هناك عدة افتراضات :
1- الافتراض الاول Possibility I يتحد الهستون مع DNA فيؤدى ذلك إلى تقلص الكر وموسوم ويطلق علية حينئذ heterochromatic يتم ذلك أثناء الانقسام وبذلك يتقدم نشاطه .
الافتراض الثانى Possibility II يقوم الهستون بحجب RNAوبالتالي لا يتكون RNA m ويقوم هنا بدور masked.
أعلى الصفحة
2- تنظيم نشاط الأنزيم regulation of enzyme a cavity
من المعروف آن الأنزيمات تساعد علي إتمام التفاعلات الكيميائية الحيوية بخفض طاقة التنشيط اللازمة لجزئي المادة المتفاعلة لكي تتفاعل وذلك عن طريق اتحاده آو ملامسته لها فيتكون المركب الجديد ذو طاقه تنشيط اقل فيتم التفاعل.ويلزم لتأثير الأنزيم وجود مواقع متقابلة من الأنزيم والمادة المتفاعلة substrate لكي يتم التجمع السطحي للمادة المتفاعلة علي جزيئات الأنزيم ويطلق علي تلك المواقع في الأنزيم اسم المراكز النشطة وهي عبارة عن مجموعات قابله للتأين مثل مجموعات الكربوكسيل في الأحماض ألامينيه ومجموعة Imidozole في الحمض الأميني الهشتين ومجموعة السلفهيدريل للسستين ومجموعة الآمين لليسين آو طرف السلسلة الببتيديه .
ويتم تنشيط أو تثبيط التفاعلات الحيوية وبالتالي الظواهر الفسيولوجيه بتنشيط آو تثبيط الأنزيم ويتم ذلك بعدة وسائل .
أ- التثبيط بالتنافس Competitive inhibition (Isosteric effete)
هناك بعض المواد التي قد تتشابه مع substrate تقوم بالادمصاص علي سطح الأنزيم وينتج عن تجمعها السطحي شغل المراكز النشطة للأنزيم وبالتالي منعة من أداء عمله ويطلق علي ذلك التثبيط اسم التثبيط بالتنافس آو Isosteric effect .
End Product Inhibition ( Allosteric effect ) - ب
افترض Bielka 1969 أن نواتج التفاعل قد تؤدي ألي تثبيط فعل الإنزيم و في هذه الحالة يطلق عليها Allosteric و يجب عدم الخلط يكون نواتج التفاعل تعمل كمثبط للأنزيم أو كونهاEffection تعمل على تنشيط الكابح الذي يؤثر في Operator genes
و عليه فتتراكم نواتج التفاعلات تعمل على تثبيط أو تقليل سرعة التفاعل الأنزيمي و يرجع ذلك الى أن تراكم النواتج يعمل على إسراع التفاعل العكسي Reversibility of enzyme action أوان تراكم نواتج التفاعل على المراكز الفعالة للأنزيم تقلل من قوة تنشيطه أو تثبيطه كما سبق الإشارة أو قد تسبب نواتج التفاعل تغير درجة تركيز أيون الأيدروجين لوسط التفاعل و الذي يعمل على تغير حالة التأين في المراكز النشطة للأنزيم أو يؤثر على قرائن الأنزيمات و بذلك يصبح الإنزيم غير مناسب للعمل فمثلا ينتج عن تحلل الدهون الجليسرول و الأحماض الدهنية و تسبب الأخيرة انحراف درجة أيون الأيدروجين في وسط التفاعل للناحية الحمضية و كذلك نجد عند تحلل اليوريا ألي CO2 ، NH3 و التي تسبب انحراف درجة تركيز أيون الأيدروجين للناحية القلوية.
3 – التنظيم بواسطة الهرمونات الداخلية Regulation by phytohormones
أدت ملاحظة إضافة IAA ، Kinetin الى الأنسجة الى زيادة تمثيل RNA و البروتين كما أن إضافة GA يؤدى لانتاج إنزيم & اميليز في طبقة ألا ليرون في بذور الشيلم ألي اقتراح أن تأثير الهرمونات ربما يكون عن طريق تنشيط الجين و الأمثلة التي تؤيد ذلك كثيرة
- عند معاملة نسيج الكلس لنبات الدخان In Vitro بالا كسين بمستوى عالي و منخفض من الكينيتين ينتج من الكلس جذوراً وعندما يكون مستوى ألا كسين منخفض و الكينيتين عالي أدى ذلك الى تكشف نسيج الكلس إلى براعم خضريه .
- تشجيع الأزهار في نباتات Long Day Plant و الارتباع باستخدام GA و هذا يعني أن الهرمونات تعمل على تغيير نشاط أو قمع الجينات
- هناك إشارة الى أن الهرمونات تشترك في تحديد الجنس في النباتات و يبدو أن نسبة ألا كسين و والجبرلين هو المحدد للجنس فيغلب تكوين الأعضاء الأنثوية في وجود مستوى عالي من ألاكسين و الاعضاء المذكرة في وجود مستوى عالي من الجبرلين
- عند تطو يش فرع من نبات البطاطس فان البراعم ألا بطية تنمو كورق أما إذا اضيف كلا منIAA ، GA معاً فان تغيرات في الشكل الظاهري للفرع قد تحدث فتتبدل الأوراق بحراشيف عديمة اللون و تستطيل السلاميات و تتجه الفروع الى الأرض بدلا من نموها الرأسي و عند إضافة الكينتين الى قمة الساق الغير طبيعية فان الساق يغير سريعا من شكله الظاهري و يصبح ساق قائم و ذو أوراق عادية من ذلك يتضح أن الشكل هنا يتغير نتيجة تداخل كل من ألا كسين و الجبر لين و السيوكينين .
- عند معاملة عقل السوق الخشبية بال IAA فانه يشجع انقسام الكمبيوم و تكشف خلايا الخشب و إذا أضيف GA فانه يشجع انقسام الكمبيوم و تتكشف الى خلايا اللحاء و عند إضافة IAA + GA في وقت واحد فان انقسام الكمبيوم ينشط و يتكون الخشب واللحاء بصورة طبيعية . هذه الملاحظة توضح أن طبيعة الاستجابة تعتمد على نسيج الكمبيوم نفسه و الهرمونات هنا تساعد على التكشف أي أن وجود أو غياب الهرمونات يحدد إذا كان الكمبيوم سوف يتكشف أم لا ولكن قدرة الكامبيوم على تكوين خشب للداخل و لحاء للخارج فنعتمد على نسيج الكمبيوم نفسه و ليس للهرمونات دخل في ذلك
- وعليه فإذا سلمنا بأنه من الجائز بان الهرمونات تتحكم في Switch gene mechanism فليس المستحب القول أن العدد المعروف من الهرمونات هو الذي يتحكم في العدد الهائل من الجينات بالنبات Gene background
و هناك عدة احتمالات لميكانيكية عمل الهرمون في تنشيط الجين . نجملها في الأتي :
ا – الفرض الأول يشير الى أن تنشيط أو تثبيط المادة الوراثية يتم بتحرر أو اتحاد الهستون مع المادة الوراثية و يتم ذلك تحت تأثير توازن هرموني معين و أن التوازن الهرموني يقع تحت تأثير توازن بيئي معين
ب – تنشط الهرمونات أو تثبط خطوة الترجمة بالتأثير على وظيفة mRNA
ج – عن طريق تنشيط تمثيل tRNA
د – التأثير على نظام Relay System و فيه يفترض أن الهرمون يؤثر على Development Mayor Pathways أي يؤثر في مرحلة رئيسية من مراحل التكشف ثم تعمل تلك المرحلة كمحرك للمرحلة التالية أي نظام Relay أو أن الهرمونات تقوم بدور الإشارات أو الذبذبات في نظام Relay System
هـ – التأثير في عملية النسج Transcription و تبعاً لهذا الفرض قسمت الهرمونات الى هرمونات إيجابية التأثير Positive مثل GA ، IAA ، K
وأخرى سالبة التأثير أو مثبطة Negative على العمليات المختلفة كما يلي :
Lytokinius
Gibberellins
IAA
ABA
Fall of leaves and fruit + - - -
Dormancy of buds + . - -
Germination - . + +
Cell elongation - + + +
Cell division - + + +
Flower formation LDP - + + .
Flower formation SDP + - . .
Seves cence + - - -
Transcription - + + +
_= Inhibition ، + = Stimulation ، . = no effect
أعلى الصفحة
و قبل أن نفرض التفسيرات التي توضح كيفية تأثير الهرمونات في تنشيط الجين . يجب إلقاء الضوء عن حالات الجين المختلفة من حيث التنشيط والتثبيط وهي كالتالي :
أ- (a ) Active genes و هو الجين النشط قبل تنشيطه و يظل كذلك بعد عملية التنشيط
ب-(ina ) Inactive gene و هو الجين الغير نشط قبل تنشيطه و غير نشط بعد التنشيط
ج-(p.a ) ( potentially active gene ) و هو الجين النشط قبل التأثير عليه وغير نشط بعد المعاملة الهرمونية.
ولتفسير دور الهرمونات فى تنشيط الجينات هناك عدة افتراضات سوف نوجزها فى الآتي:
الفرض الأول: تقوم الهرمونات ذات التأثير الإيجابي مثل الأكسينات والجبر لينات والسيتوكينات بتنشيط والجينات القابلة للتنشيط مثل p ina ; p.a ,a فى حين تثبط الهرمونات السالبة مثل حمض الأبسيسك كل الجينات القابلة للتثبيط مثل P.a,P.ine .
الفرض الثاني: فى هذا الفرض يقترح بناء على نموذج جاكوب وموند ان Regulator gene ينشط أو يثبط جين واحد فقط وذلك بإفراز الكابح كما سبق ذكره.وأن الهرمونات أو المستوي الهرموني يقوم بدور Effects فى تأثيره على تغير طبيعة الكابح وبذلك يطلق قدرة الجين فى التغير عن نفسها فى صورة RNA .
الفرض الثالث: فى هذا الفرض يقترح أن الهرمونات لا تقوم مباشرة بتنشيط الجين بل هى تؤثر فى سير تفاعلات معينة أثناء عمليات التمثيل وان إحدى أو بعض نواتج تلك التفاعلات هى التى تقوم بالتنشيط والتثبيط للجين.
الفرض الرابع: هى نظرية أطلق عليها حديثاً Second messenger تفترض هذه النظرية أن تأثيرات الهرمون لا يكون مباشراً لذلك أفترض أن الهرمون هو رسول أول فى التأثير على الظواهر الفسيولوجية وهو يعمل على حث أو تكوين رسول ثاني وهو المسئول عن إظهار تأثيرات الهرمونات . وقد اقترح zenk 1970 أن الرسول الثاني هو(CAMP) Cyclic Adenosine monophosphate وهو الذي يؤثر على العمليات المختلفة مثل:
فالهرمون ينشط إنزيم Adenosine triphasphate والذي يقوم بتحويل (ATP) إلى cAMP ثم يقوم الأخير بالتأثير فى عديد من الأنزيمات مثل تنشيطه لأنزيم Kinase والذي له دور فى فسفرة عديد من المواد من أهمها البر وتينات الهستونية فيؤدى ذلك إلى إيقاف تثبيطها لل DNAوبالتالي تسمح له بعملية النسخ وعليه فالهرمون هنا ينشط الجين من خلال الرسول الثاني بطريقة غير مباشرة .
أما مستوى cAMP الداخلى فيمكن تنظيمه بواسطة تنشيط adenylcyclase والذي يعمل على بناءه بواسطة تنشيط إنزيم Phosphodiesteraseوالذي يعمل على هدم رابطة الأسطر الفسفورية فى جزيئه فيتحول إلى مركب غير نشط هو Adenosine monophosphate وكمثال على تنشيط cAMP فى النباتات الراقية ما نجدة من تنشيط GA لتكوين انزيم الاميليز فى طبقة الاليرون فى بذور النجيليات .
هناك ايضا اعتقاد أن الاثيلين يقوم بدور second messenger حيث انه يتكون في كل الخلايا بتركيزات مختلفة ويبدأ تكوينه من الحمض الأميني المثيونين وميكانيكية هدمه ليست ضرورية حيث انه غاز يتصاعد إلي الفضاء الخارجي atmosphere وهناك كثيرا من الدلائل على أن IAA هو المحفز لانتاج الاثيلين مما يؤكد هذا الاعتقاد أن الهرمونات أو مستوى معين من الهرمونات تؤثر في إنتاج الاثيلين ويقوم هو بدور الرسول الثاني في التأثير على نشاط الجينات بالسلب أو بالإيجاب .
أعلى الصفحة
ثانيا : التنظيم بتأثير العوامل الخارجية Regulation by external
1- درجة الحرارة Temperature
تتميز التفاعلات الحيوية بان لها درجات حرارة خاصة تؤثر على سرعتها . ولكن تفاعل حيوي معامل حراري خاص ( 10 Q) (و المعامل الحراري هو مقدار الزيادة في سرعة التفاعل الحيوي عند درجة حرارة 10مئوية عند درجة الصفر المئوي )
Q10 = Velocity at 105/Velocity at 05
و عموما فدرجة الحرارة المثلى لمعظم النباتات تتراوح بين 24م –او 32م وتكون درجات الحرارة اقل او أزيد من ذلك ضارة بسير التفاعلات الحيوية ويختلف مقدار الضرر باختلاف النبات . ونظرا لان لكل تفاعل حيوي معامل حراري خاص به لذلك نجد أن التغير في درجات الحرارة بالزيادة أو بالنقصان سوف يصبح مفضل لتفاعل حيوي عن آخر وبذلك تصبح درجة الحرارة عامل منظم لسير التفاعلات الحيوية وعمليات التمثيل الغذائي وعمليات التكشف , وعليه نجد أن لكل طور من أطوار النمو درجة مثلى من درجات الحرارة تختلف عن الأطوار الأخرى . والأمثلة على دور درجة الحرارة في التأثير على عمليات التكشف عديدة سنورد منها على سبيل المثال لا الحصر فقد وجد Kefford & Caso 1972 عند دراسة على نبات Chondrilla juncea أن زراعة الجذور In vitro لتكوين النموات الخضرية العرضية عليها Adventitious shoot كان افضل عند درجة حرارة 21 –27م نهاراً ، 16 – 22 ليلا افضل من تعرضها لدرجة واحدة مستمرة هي 25م . كما وجد Gautberet 1969 أن درجة حرارة 26 نهارا ، 15 ليلا افضل في تجدير قطاعات فن درنات الطرطوفة افضل من 25م مستمرة أشار الىان درجة الحرارة العالية نهارا تشجع على تخليق الكامبيوم في حين تشجع درجات الحرارة المنخفضة ليلا على تكشف الكامبيوم إلى مبادئ خروج الجذور .
2- الضوء Light
يجب النظر إلي الاحتياجات الضوئية للنباتات ليست لاتمام عملية البناء الكربوهيدراتي و البناء الضوئي فحسب بل أن للضوء دور هام في عمليات التكشف ويعمل الضوء بميكانيكيات أخري غير ميكانيكية التمثيل الضوئي في كثير من عمليات التميز والتكشف في النبات مما أطلق علية اسم Photomorphogenesis وفي دراسة زراعة الأنسجة وجد Nobel & Naylos 1986 أن أقصى تخليق للجذور علي قطاعات من درنات الطرطوفة يكون عند تعريضها لكثافة ضوئية قدرها 5000 Lux باستعمال ضوء لمدة 12 ساعة في حين وجد Margara1969 أن الحد الأقصى لتخليق الجذور علي Explant من نبات القرنبيط كان 400Lux فقط ولمدة 9 ساعات كما وجد Alleweldt & Radlar 1961 أن نشأه الجذور العرضية لا تتكون علي شرائح سيقان نبات قصير النهار لاحدي أصناف العنب إلا إذا عرضت لظروف النهار القصير فقط.
كذلك نعلم أن هناك عدد من البذور يشجع الضوء من إنباتها مثل الخس Lactuca sativa كما وجد أن الضوء الأحمر يشجع علي الإنبات في حين الأشعة فوق الحمراء تثبط ذلك الإنبات وبالمثل هناك تأثيرات مشابهة للضوء علي عمليات التكشف الأخرى مثل عملية الإزهار.
وتحتوي خلايا النباتات الراقية علي نظام صبغي يعرف بالفيتو كروم يمتص الضوء الاحمر ويتحول إلى صورة أخري قادرة علي امتصاص الفوق احمر ثم تتحول الصورة الأخيرة إلى الصورة الأولى عند امتصاصها للضوء فوق الأحمر Far red هذا النظام الصبغي يرتبط بالبروتين ولذلك أطلق علية اسم Chromoprotein ويتركب من سلسلة من حلقات البيرول التي ترتبط فيما بينها بذرة كربون.
الفيتوكروم و تنشيط الجين
مازال دور الضوء غير معروف في تنشيط الجين مباشرا أو بطريقة غير مباشرة مثل تأثيره على إحدى عمليات التمثيل والتي تقوم بدورها في تنشيط الجين كما أو يقوم بالتأثير على عدد من Effectors الخاصة بالتأثير على الكابح الذي يفرزه Regulator gene لمنع عمل Operator gene او انه تحت تأثير توازن بيئي معين
( حرارة – ضوء ) تم التأثير في آليات الهرمونات فتكون توازن هرموني معين يؤثر على نشاط الجين ما زالت الأبحاث لها باقية .
The Control or Regulation of Growth and Differentiation
(Plant Phenology)
- التكشف على مستوى الخلية والنسيج والنبات
- التكشف البيوكيميائى
- نوع التنظيم داخل الخلية
--------------------------------------------------------------------------------
قبل أن ننوة على موضوع التحكم او تنظيم عملية النمو والتكشف في النبات يجب أن ننوة الى الأتي :-
Differentiation : هو التشكل أو التميز وهو عبارة عن التغيرات التي تؤدى في النهاية لتكوين تركيبات مختلفة أو متميزة ولا يعتبر هذا نموا ً ولكن ملازم له. كما في تشكل الخلايا المرستيمية حيث تنمو زوائد صغيرة من المرستيم المحور في ترتيب سوارى منتظم وهذه الزوائد هي التي يتكون فيها اجذاء الزهرة بطريقة تشبة تكوين الأوراق وبذلك يقال أن البرعم تكون وان الـ Determination قد حدث .
Development : هو التكشف أو محصلة التأثير الكلى الناتج عن التميز والنمو في تسلسل محدد أو هو التغير في الشكل والتخصص والانتقال من مرحلة ألي أخري .
Canalization of development : هو دخول خليتين أو مجموعة من الخلايا في قنوات التطور والتكشف غير رجعية وفيها يكون أمام الخلايا المنقسمة عدة مسالك pathway alternative للتطور تنتج من الانقسام الغير متساوي للسيتوبلازم . فالزيوت تتكشف خلاياه أما الى ساق أو جذر أما الساق فتتكشف خلاياه ألي أعضاء مختلفة ساق او أوراق وبراعم و أزهار ، وبداخل كل عضو يحدث تخليق لأنسجة مختلفة وبداخل كل نسيج يحدث تخليق لخلايا.
Determination in plant : هو تحديد شكل العضو وهى مرحلة تالية للتميز فعندما يصل العضو مثل leaf primordium الى مرحلة متقدمة لا يمكن أن يرجع ليكون نسيج أخر anther structure يقال أنة حدث له تحديد determined
Induction : وهو الحث حيث أن كثير من العمليات الفسيولوجية تبدأ بمرحلة حث مثل الحث الزهري flower induction وهى تسبق التخليق أو التميز الزهري وهو تميز فسيولوجية غير مرئية يتعلق بالظروف الايضية داخل المرستيم . تلى تلك المرحلة
Initiation : وهو أول تغير ميكروسكوبي يحدث عند تحول المرستيم الخضري الى مرستيم زهرى وهو تغير يشمل شكل المرستيم إذ يبدوا كما لو كان قد تعطل في الجزء المركزي حتى يصبح مفلطحاً عند قمتة بدلا من شكلة المخروطي ثم يلي ذلك مرحلة
التكشف على مستوى الخلية والنسيج والنبات :-
يحدث التكشف ابتداء من الزيجوت حيث ينمو قطبيا متأثرا بالعوامل البيئية مثل الضوء كماً وكثافة ، كمية الاكسيجين المتاحة لكل خلية أو نسيج ، كمية الماء المتاحة ، ضغط الخلايا المجاورة ، كمية الغذاء العضوي والمعدني المتاح بالخلية نتيجة توزيع السيتوبلازم الغير متساوي ، الجاذبية الأرضية ، درجة pH الخلية ، اختلاف الجهدالكهربى غير الخلايا المختلفة واخيراً كمية ونوع الهرمونات المتمركزة بالخلايا نتيجة توزيع السيتوبلازم الغير متساوي .فتنقسم خلايا الزيجوت الى عدد كبير لتكوين الجنين كل خلية من الخلايا المتكاثرة تحتوى على نفس التركيب الوراثي لخلية الزيجوت ألام ولكن بالرغم من ذلك فالخلايا الناتجة تتميز الى أنسجة(جذور وسيقان).
أما التكشف على مستوى الأنسجة والنبات فتظهر جلياًفى النباتات الخشبية حتى تتميز ألي طورين هي Juvenile , Adult تمتاز الأولى بعدم مقدرة النباتات على الإزهار ولكن ليس الإزهار هو الفرق الوحيد بين الطورين فحسب بل هناك فروق أخرى تؤثر في الحد من الصفات الحضرية وكذلك فروق تشريحية بين قمم الفروع في كلا من الطورين حيث يتميز طور البلوغ بوجود مساحة مرستيمية اصغر من تلك الموجودة في طور البادرة .
مما تقدم يظهر السؤال القائل ما هي العوامل التي تؤدى الى التكشف وظهور الظواهر الفسيولوجية المختلفة ولماذا تتكشف خلية معينة لتصبح خلية وعاء خشب وأخرى لتصبح خلية مرافقة بالرغم من أن الخليتين لهما نفس التركيب الوراثي ولماذا تتكشف مجموعة من الخلايا المرستيمية لتعطى فرع خضري وأخرى لتعطى زهرة وهو ما يعرف الMorphogenesis ويبدو أن هناك عوامل كثيرة تتظافر تؤدى ألي التحديد والتكشف .
أعلى الصفحة
التكشف البيوكيميائى
هناك مظاهر كثيرة تختص بالتكشف البيوكيميائى مثل الاختلافات بين الأنسجة في مقدرتها على إنتاج الأنزيمات والأحماض الأمينية والفيتامينات والقلويدات وتخزين المواد الغذائية هذه الاختلافات في مقدرة الخلايا على إنتاج أو عدم إنتاج تلك المواد يعنى بالضرورة تنشيط جينات معينة أو قمعها وقد وجدت كثير من الأدلة على اختلافات الخلايا في مقدرتها على التمثيل الحيوي مثل امتصاص الجذور في تمثيل بعض الأحماض الأمينية مثل حمض الجلوتاميك وحمض الاسبارتيك بينما الأوراق تمثل أحماض الارجنين وحمض الفالين والتريبتوفان كما أن القلويدات تمثل في الجذور ولا تمثل في الأوراق وتنتقل من الجذور لتخزن في الأوراق كما في نبات ألا تروبا .كذلك بعض الهرمونات تتكون في الجذور مثل السيتوكينين والجبرلين ثم تنتقل الى الأوراق في حين ألا كسين يمثل في القمم النامية للفروع والأوراق الحديثة كذلك نجد عند زراعة قمم الجزر In Vitro نجدها تحتاج بالضرورة الى فيتامين الثيامين والبيرودكسين وحمض النيكوتين في بيئتها للحصول على نبات كامل هذا يعنى ان تلك الفيتامينات لاتمثل في البذور بل تمثل في الأوراق والأفرع ثم تنتقل للجذور حتى يمكنها النمو بدليل عدم قدرة الجذور المفصولة على النمو بدون أضافتها للبيئة الغذائية .
مما تقدم يعنى أن الأعضاء المختلفة تختلف في قدرتها على التمثيل الصوئى الكيميائي وهذا دليل على أن بعض الجينات تكون في حالة قمع Turing on والبعض الأخر في حالة نشاط Turing off وهذا يؤدى ألي ذلك الاختلاف وهو ما يعرف بنظام Switching genes on and off
أعلى الصفحة
نوع التنظيم داخل الخلية Type of regulation in plant
اتفق الفسيولوجين منذ 1903 على أن النمو والتكشف وبمعنى اشمل جميع المراحل الفسيولوجية للنبات ما هي ألا ناتج سلسلة من التفاعلات الحيوية والتي تتأثر بعديد من العوامل الداخلية والخارجية ويكون تنظيمها عن طريق تنظيم عمليات التمثيل الحيوي ويمكن تلخيص طرز التنظيم كما يلي
أ-التنظيم بتأثير العوامل الداخلية
1 -تنظيم نشاط الجين
2- تنظيم نشاط الأنزيم
3- التنظيم بواسطة الهرمونات الداخلية
ب-التنظيم بتأثير العوامل الخارجية
1- درجة الحرارة
2- الضوء ونظام الفيتو كروم
أعلى الصفحة
أولا: التنظيم بتأثير العوامل الداخلية
1- تنظيم نشاط الجين
يشمل تنظيم نشاط الجين تنظيم كل من عمليتي النسخ وعملية الترجمه لان تلك العملتين متتبعتان في تسلسل يؤدى في النهاية الى تكوين الببتيد العديد والبروتين أو بمعنى أخر بروتين الإنزيم ففي سنة 1961 أعلن Jacob&Monod اقتراحهم حول تنظيم عملية النسخ والتي عرفت فيما بعد بنموذج Jacob&Monod وتبعا لهذا الاقتراح فقد قسمت الجينات الى ثلاث أنواع وهى :
1- Regulator Genes وهى الجينات المنظمة لعمل عديد من الجينات الأخرى والتي يطلق عليها اسم الجينات العاملة
2-Operator Genes وهى الجينات العاملة التي تقوم بدور عامل التليفون وهى التي تتحكم في فتح وغلق عدد كبير من الجينات الأخرى التي يطلق عليها StStuctural Genes
3-Structural Genes وهى الجينات المسئولة عن التركيب الخاص بالبر وتينات أو ببروتين الإنزيم ولقد افترض تنظيم نشاط الجين يكون عن طريق Regulator Genes والذي يتحكم في Regulator Genes الذي بدورة يقوم بفتح اوقفل عدد من Structural Genes المسئولة عن إنتاج أنزيمات معينة تؤدى تفاعلات بيوكميائية في سلسلة ينتج عنها في النهاية ظاهرة فسيولوجية معينة .ويتم ذلك بأن يقوم ال Regulator Gene بإفراز مثبط لعمل Operator Genes ويطلق على هذا المثبط اسم القامع او الكابح وقد اقترح Gelbert 1967 أن عديد من هذه Repressor هي عبارة عن بروتينيات تقوم بمنع الجين العامل وبالتالي لا تؤدى وظيفتها كما اقترح Jacob&Monod أن الكابح يمكن تثبيطة بمادة ذات وزن جزيء منخفض أطلق عليها effector والتي تلغى قدرة الكابح على العمل وبالتالي يصبح Operator Genes حر تاركا ال Structural Genes قادرة على العمل من خلال إصدارها الأوامر الخاصة بتكوين البروتين وهى m RNA وبالتالى لانتاج إنزيمات متخصصة لاتمام تفاعلات معينة وظهور ظاهرة فسيولوجية أو صفة أو تميز خلوي أو تكشف خلايا أو أنسجة معينة
هناك عدة اقتراحات لطبيعة عمل الEffector أول تلك الاقتراحات هي :
أ- Substrate induction وفيها يفترض أن مادة التفاعل هي التي تقوم بدور ال Effector حيث ان القامع يتكون باستمرار الى أن يتوافر تركيز معين من مادة التفاعل فتقوم بالتأثير على القامع فتغير تركيبة الجزيئي وبذلك يصبح غير قادر على التأثير على (steric configuration ) Operator gene وبالتالى تتمكن Structural genes في إرسال mRNA وتكوين الأنزيمات الخاصة بالعمل على مادة التفاعل Substrate وبذلك تكون مادة التفاعل هي المحفزة على إنتاج الأنزيمات بطريقة غير مباشرة
ب- End product repression في هذا الافتراض أن الكابح أو القامع الذي ينتيجة regulator gene يكون غير نشط في بادئ الأمر وبالتالى لا يستطيع أن يقوم بعملية inactive يسمح Operator لل Structural بالعمل في إفراز mRNA وانتاج الأنزيمات التي تعمل على أداء تفاعلات معينة يكون من نواتجها مواد “End product” تعمل على تنشيط القامع لاداء عملة وإيقاف إنتاج الإنزيمات وإيقاف التفاعل بالتالي . ونواتج التفاعلات هذه تكون ذات أوزان جزيئية منخفضة فهي التي تقوم بدور Effector في هذه الحالة.
ج- Repression by Histones هذه النظرية تفترض أن البروتين القاعدي المعروف بالهستون والذي يحتوي على نسبة كبيرة في تركيبه على الحمض الأميني الأرجنين والليسين" والموجود بالكروموسومات يعمل كمادة مثبطة لفصل المادة الوراثية إذا ما اتحد بها وبذلك ينظم فعلها من المراحل الجنينية وحتى الموت.
وهناك تجربة مثيرة تشير إلى أن الهستون هو المنظم لنشاط الجين وذلك من خلال استخدام نظام Cell free system وفى هذا النظام يتم عزل إحدى عضويات الخلية مثل الكلوروبلاست أو الريبوسوزومات أو الميتاكوندريا المراد دراسة ما بها من التفاعلات ويضاف أليها الأنزيمات الضرورية ومعاونات الأنزيمات ومواد التفاعل لاختبار سير التفاعلات بها" .
في هذه التجربة ولدراسة تحكم البروتين الهستوني في عملية النسخ والترجمة في النباتات البقولية والتي تقوم بتخزين Globulin في فلقاتها مثل البسلة .تم استخدام نظام cell free system وذلك بعزل كروماتين من البراعم الجانبية ومن القلقات "الكروماتين يحتوي علي DNA الخاص بالمعلومات الوراثية الخاصة بإنتاج الجلوبيولين بالإضافة إلى البروتين الهستوني" ويضاف إلية كل المكونات المطلوبة لتكوين RNA mوأنزيمات الخاصة بعملية تكوينه مثل أنزيم RNA polymerize وكذلك الربيوزومات المسئولة عن عملية الترجمة وتستخدم بكترياE. Coli كمصدر لتلك المركبات كذلك يشمل cell free system الأحماض الأمينية جميعها وعادة يضاف الليسين المعلم leucine c14 لانه يدخل في تركيب البروتين القاعدي المعروف بالهستون لاختبار مكان وجودة. ثم يحضن هذا النظام ويختبر بعد ذلك تكوين Globulin من عدمه .
وقد وجد أنة عند استخدام كروماتين من البراعم الجانيبيه لم ينتج عنها تكون Globulin. أما الكروماتين المعزول من الفلقات فقد أمكن بواسطة إنتاج Globulin من خلال نظام cell free system وذلك لاحتواء الأول علي الهستون وخلو الثاني منه وعند فصل DNA عن البروتين الهستونى من كل من نوعي الكروماتين أمكن تخليق Globulin في نظام Cell free system .
ولقد وجد من الدراسات المتقدمة إن كميه الهستونات تتغير مع تغيير طور النبات وأثناء الانقسامات الميتوزيه للخلايا واثناء تكوين حبوب اللقاح وتطور الازهار فقد أختفي الهستون من تلك الأعضاء لذلك وجد الباحثين أن افتراض أن الهستون هو المنظم لنشاط الجين افتراض مقبول ولكن ما زلنا نحتاج ألي كثير من الإدله علي ذلك .
والسؤل الذي يطرح نفسه ألان هو كيف يعمل الهستون علي تنظيم نشاط الجين وهناك احتمالين لذلك هناك عدة افتراضات :
1- الافتراض الاول Possibility I يتحد الهستون مع DNA فيؤدى ذلك إلى تقلص الكر وموسوم ويطلق علية حينئذ heterochromatic يتم ذلك أثناء الانقسام وبذلك يتقدم نشاطه .
الافتراض الثانى Possibility II يقوم الهستون بحجب RNAوبالتالي لا يتكون RNA m ويقوم هنا بدور masked.
أعلى الصفحة
2- تنظيم نشاط الأنزيم regulation of enzyme a cavity
من المعروف آن الأنزيمات تساعد علي إتمام التفاعلات الكيميائية الحيوية بخفض طاقة التنشيط اللازمة لجزئي المادة المتفاعلة لكي تتفاعل وذلك عن طريق اتحاده آو ملامسته لها فيتكون المركب الجديد ذو طاقه تنشيط اقل فيتم التفاعل.ويلزم لتأثير الأنزيم وجود مواقع متقابلة من الأنزيم والمادة المتفاعلة substrate لكي يتم التجمع السطحي للمادة المتفاعلة علي جزيئات الأنزيم ويطلق علي تلك المواقع في الأنزيم اسم المراكز النشطة وهي عبارة عن مجموعات قابله للتأين مثل مجموعات الكربوكسيل في الأحماض ألامينيه ومجموعة Imidozole في الحمض الأميني الهشتين ومجموعة السلفهيدريل للسستين ومجموعة الآمين لليسين آو طرف السلسلة الببتيديه .
ويتم تنشيط أو تثبيط التفاعلات الحيوية وبالتالي الظواهر الفسيولوجيه بتنشيط آو تثبيط الأنزيم ويتم ذلك بعدة وسائل .
أ- التثبيط بالتنافس Competitive inhibition (Isosteric effete)
هناك بعض المواد التي قد تتشابه مع substrate تقوم بالادمصاص علي سطح الأنزيم وينتج عن تجمعها السطحي شغل المراكز النشطة للأنزيم وبالتالي منعة من أداء عمله ويطلق علي ذلك التثبيط اسم التثبيط بالتنافس آو Isosteric effect .
End Product Inhibition ( Allosteric effect ) - ب
افترض Bielka 1969 أن نواتج التفاعل قد تؤدي ألي تثبيط فعل الإنزيم و في هذه الحالة يطلق عليها Allosteric و يجب عدم الخلط يكون نواتج التفاعل تعمل كمثبط للأنزيم أو كونهاEffection تعمل على تنشيط الكابح الذي يؤثر في Operator genes
و عليه فتتراكم نواتج التفاعلات تعمل على تثبيط أو تقليل سرعة التفاعل الأنزيمي و يرجع ذلك الى أن تراكم النواتج يعمل على إسراع التفاعل العكسي Reversibility of enzyme action أوان تراكم نواتج التفاعل على المراكز الفعالة للأنزيم تقلل من قوة تنشيطه أو تثبيطه كما سبق الإشارة أو قد تسبب نواتج التفاعل تغير درجة تركيز أيون الأيدروجين لوسط التفاعل و الذي يعمل على تغير حالة التأين في المراكز النشطة للأنزيم أو يؤثر على قرائن الأنزيمات و بذلك يصبح الإنزيم غير مناسب للعمل فمثلا ينتج عن تحلل الدهون الجليسرول و الأحماض الدهنية و تسبب الأخيرة انحراف درجة أيون الأيدروجين في وسط التفاعل للناحية الحمضية و كذلك نجد عند تحلل اليوريا ألي CO2 ، NH3 و التي تسبب انحراف درجة تركيز أيون الأيدروجين للناحية القلوية.
3 – التنظيم بواسطة الهرمونات الداخلية Regulation by phytohormones
أدت ملاحظة إضافة IAA ، Kinetin الى الأنسجة الى زيادة تمثيل RNA و البروتين كما أن إضافة GA يؤدى لانتاج إنزيم & اميليز في طبقة ألا ليرون في بذور الشيلم ألي اقتراح أن تأثير الهرمونات ربما يكون عن طريق تنشيط الجين و الأمثلة التي تؤيد ذلك كثيرة
- عند معاملة نسيج الكلس لنبات الدخان In Vitro بالا كسين بمستوى عالي و منخفض من الكينيتين ينتج من الكلس جذوراً وعندما يكون مستوى ألا كسين منخفض و الكينيتين عالي أدى ذلك الى تكشف نسيج الكلس إلى براعم خضريه .
- تشجيع الأزهار في نباتات Long Day Plant و الارتباع باستخدام GA و هذا يعني أن الهرمونات تعمل على تغيير نشاط أو قمع الجينات
- هناك إشارة الى أن الهرمونات تشترك في تحديد الجنس في النباتات و يبدو أن نسبة ألا كسين و والجبرلين هو المحدد للجنس فيغلب تكوين الأعضاء الأنثوية في وجود مستوى عالي من ألاكسين و الاعضاء المذكرة في وجود مستوى عالي من الجبرلين
- عند تطو يش فرع من نبات البطاطس فان البراعم ألا بطية تنمو كورق أما إذا اضيف كلا منIAA ، GA معاً فان تغيرات في الشكل الظاهري للفرع قد تحدث فتتبدل الأوراق بحراشيف عديمة اللون و تستطيل السلاميات و تتجه الفروع الى الأرض بدلا من نموها الرأسي و عند إضافة الكينتين الى قمة الساق الغير طبيعية فان الساق يغير سريعا من شكله الظاهري و يصبح ساق قائم و ذو أوراق عادية من ذلك يتضح أن الشكل هنا يتغير نتيجة تداخل كل من ألا كسين و الجبر لين و السيوكينين .
- عند معاملة عقل السوق الخشبية بال IAA فانه يشجع انقسام الكمبيوم و تكشف خلايا الخشب و إذا أضيف GA فانه يشجع انقسام الكمبيوم و تتكشف الى خلايا اللحاء و عند إضافة IAA + GA في وقت واحد فان انقسام الكمبيوم ينشط و يتكون الخشب واللحاء بصورة طبيعية . هذه الملاحظة توضح أن طبيعة الاستجابة تعتمد على نسيج الكمبيوم نفسه و الهرمونات هنا تساعد على التكشف أي أن وجود أو غياب الهرمونات يحدد إذا كان الكمبيوم سوف يتكشف أم لا ولكن قدرة الكامبيوم على تكوين خشب للداخل و لحاء للخارج فنعتمد على نسيج الكمبيوم نفسه و ليس للهرمونات دخل في ذلك
- وعليه فإذا سلمنا بأنه من الجائز بان الهرمونات تتحكم في Switch gene mechanism فليس المستحب القول أن العدد المعروف من الهرمونات هو الذي يتحكم في العدد الهائل من الجينات بالنبات Gene background
و هناك عدة احتمالات لميكانيكية عمل الهرمون في تنشيط الجين . نجملها في الأتي :
ا – الفرض الأول يشير الى أن تنشيط أو تثبيط المادة الوراثية يتم بتحرر أو اتحاد الهستون مع المادة الوراثية و يتم ذلك تحت تأثير توازن هرموني معين و أن التوازن الهرموني يقع تحت تأثير توازن بيئي معين
ب – تنشط الهرمونات أو تثبط خطوة الترجمة بالتأثير على وظيفة mRNA
ج – عن طريق تنشيط تمثيل tRNA
د – التأثير على نظام Relay System و فيه يفترض أن الهرمون يؤثر على Development Mayor Pathways أي يؤثر في مرحلة رئيسية من مراحل التكشف ثم تعمل تلك المرحلة كمحرك للمرحلة التالية أي نظام Relay أو أن الهرمونات تقوم بدور الإشارات أو الذبذبات في نظام Relay System
هـ – التأثير في عملية النسج Transcription و تبعاً لهذا الفرض قسمت الهرمونات الى هرمونات إيجابية التأثير Positive مثل GA ، IAA ، K
وأخرى سالبة التأثير أو مثبطة Negative على العمليات المختلفة كما يلي :
Lytokinius
Gibberellins
IAA
ABA
Fall of leaves and fruit + - - -
Dormancy of buds + . - -
Germination - . + +
Cell elongation - + + +
Cell division - + + +
Flower formation LDP - + + .
Flower formation SDP + - . .
Seves cence + - - -
Transcription - + + +
_= Inhibition ، + = Stimulation ، . = no effect
أعلى الصفحة
و قبل أن نفرض التفسيرات التي توضح كيفية تأثير الهرمونات في تنشيط الجين . يجب إلقاء الضوء عن حالات الجين المختلفة من حيث التنشيط والتثبيط وهي كالتالي :
أ- (a ) Active genes و هو الجين النشط قبل تنشيطه و يظل كذلك بعد عملية التنشيط
ب-(ina ) Inactive gene و هو الجين الغير نشط قبل تنشيطه و غير نشط بعد التنشيط
ج-(p.a ) ( potentially active gene ) و هو الجين النشط قبل التأثير عليه وغير نشط بعد المعاملة الهرمونية.
ولتفسير دور الهرمونات فى تنشيط الجينات هناك عدة افتراضات سوف نوجزها فى الآتي:
الفرض الأول: تقوم الهرمونات ذات التأثير الإيجابي مثل الأكسينات والجبر لينات والسيتوكينات بتنشيط والجينات القابلة للتنشيط مثل p ina ; p.a ,a فى حين تثبط الهرمونات السالبة مثل حمض الأبسيسك كل الجينات القابلة للتثبيط مثل P.a,P.ine .
الفرض الثاني: فى هذا الفرض يقترح بناء على نموذج جاكوب وموند ان Regulator gene ينشط أو يثبط جين واحد فقط وذلك بإفراز الكابح كما سبق ذكره.وأن الهرمونات أو المستوي الهرموني يقوم بدور Effects فى تأثيره على تغير طبيعة الكابح وبذلك يطلق قدرة الجين فى التغير عن نفسها فى صورة RNA .
الفرض الثالث: فى هذا الفرض يقترح أن الهرمونات لا تقوم مباشرة بتنشيط الجين بل هى تؤثر فى سير تفاعلات معينة أثناء عمليات التمثيل وان إحدى أو بعض نواتج تلك التفاعلات هى التى تقوم بالتنشيط والتثبيط للجين.
الفرض الرابع: هى نظرية أطلق عليها حديثاً Second messenger تفترض هذه النظرية أن تأثيرات الهرمون لا يكون مباشراً لذلك أفترض أن الهرمون هو رسول أول فى التأثير على الظواهر الفسيولوجية وهو يعمل على حث أو تكوين رسول ثاني وهو المسئول عن إظهار تأثيرات الهرمونات . وقد اقترح zenk 1970 أن الرسول الثاني هو(CAMP) Cyclic Adenosine monophosphate وهو الذي يؤثر على العمليات المختلفة مثل:
فالهرمون ينشط إنزيم Adenosine triphasphate والذي يقوم بتحويل (ATP) إلى cAMP ثم يقوم الأخير بالتأثير فى عديد من الأنزيمات مثل تنشيطه لأنزيم Kinase والذي له دور فى فسفرة عديد من المواد من أهمها البر وتينات الهستونية فيؤدى ذلك إلى إيقاف تثبيطها لل DNAوبالتالي تسمح له بعملية النسخ وعليه فالهرمون هنا ينشط الجين من خلال الرسول الثاني بطريقة غير مباشرة .
أما مستوى cAMP الداخلى فيمكن تنظيمه بواسطة تنشيط adenylcyclase والذي يعمل على بناءه بواسطة تنشيط إنزيم Phosphodiesteraseوالذي يعمل على هدم رابطة الأسطر الفسفورية فى جزيئه فيتحول إلى مركب غير نشط هو Adenosine monophosphate وكمثال على تنشيط cAMP فى النباتات الراقية ما نجدة من تنشيط GA لتكوين انزيم الاميليز فى طبقة الاليرون فى بذور النجيليات .
هناك ايضا اعتقاد أن الاثيلين يقوم بدور second messenger حيث انه يتكون في كل الخلايا بتركيزات مختلفة ويبدأ تكوينه من الحمض الأميني المثيونين وميكانيكية هدمه ليست ضرورية حيث انه غاز يتصاعد إلي الفضاء الخارجي atmosphere وهناك كثيرا من الدلائل على أن IAA هو المحفز لانتاج الاثيلين مما يؤكد هذا الاعتقاد أن الهرمونات أو مستوى معين من الهرمونات تؤثر في إنتاج الاثيلين ويقوم هو بدور الرسول الثاني في التأثير على نشاط الجينات بالسلب أو بالإيجاب .
أعلى الصفحة
ثانيا : التنظيم بتأثير العوامل الخارجية Regulation by external
1- درجة الحرارة Temperature
تتميز التفاعلات الحيوية بان لها درجات حرارة خاصة تؤثر على سرعتها . ولكن تفاعل حيوي معامل حراري خاص ( 10 Q) (و المعامل الحراري هو مقدار الزيادة في سرعة التفاعل الحيوي عند درجة حرارة 10مئوية عند درجة الصفر المئوي )
Q10 = Velocity at 105/Velocity at 05
و عموما فدرجة الحرارة المثلى لمعظم النباتات تتراوح بين 24م –او 32م وتكون درجات الحرارة اقل او أزيد من ذلك ضارة بسير التفاعلات الحيوية ويختلف مقدار الضرر باختلاف النبات . ونظرا لان لكل تفاعل حيوي معامل حراري خاص به لذلك نجد أن التغير في درجات الحرارة بالزيادة أو بالنقصان سوف يصبح مفضل لتفاعل حيوي عن آخر وبذلك تصبح درجة الحرارة عامل منظم لسير التفاعلات الحيوية وعمليات التمثيل الغذائي وعمليات التكشف , وعليه نجد أن لكل طور من أطوار النمو درجة مثلى من درجات الحرارة تختلف عن الأطوار الأخرى . والأمثلة على دور درجة الحرارة في التأثير على عمليات التكشف عديدة سنورد منها على سبيل المثال لا الحصر فقد وجد Kefford & Caso 1972 عند دراسة على نبات Chondrilla juncea أن زراعة الجذور In vitro لتكوين النموات الخضرية العرضية عليها Adventitious shoot كان افضل عند درجة حرارة 21 –27م نهاراً ، 16 – 22 ليلا افضل من تعرضها لدرجة واحدة مستمرة هي 25م . كما وجد Gautberet 1969 أن درجة حرارة 26 نهارا ، 15 ليلا افضل في تجدير قطاعات فن درنات الطرطوفة افضل من 25م مستمرة أشار الىان درجة الحرارة العالية نهارا تشجع على تخليق الكامبيوم في حين تشجع درجات الحرارة المنخفضة ليلا على تكشف الكامبيوم إلى مبادئ خروج الجذور .
2- الضوء Light
يجب النظر إلي الاحتياجات الضوئية للنباتات ليست لاتمام عملية البناء الكربوهيدراتي و البناء الضوئي فحسب بل أن للضوء دور هام في عمليات التكشف ويعمل الضوء بميكانيكيات أخري غير ميكانيكية التمثيل الضوئي في كثير من عمليات التميز والتكشف في النبات مما أطلق علية اسم Photomorphogenesis وفي دراسة زراعة الأنسجة وجد Nobel & Naylos 1986 أن أقصى تخليق للجذور علي قطاعات من درنات الطرطوفة يكون عند تعريضها لكثافة ضوئية قدرها 5000 Lux باستعمال ضوء لمدة 12 ساعة في حين وجد Margara1969 أن الحد الأقصى لتخليق الجذور علي Explant من نبات القرنبيط كان 400Lux فقط ولمدة 9 ساعات كما وجد Alleweldt & Radlar 1961 أن نشأه الجذور العرضية لا تتكون علي شرائح سيقان نبات قصير النهار لاحدي أصناف العنب إلا إذا عرضت لظروف النهار القصير فقط.
كذلك نعلم أن هناك عدد من البذور يشجع الضوء من إنباتها مثل الخس Lactuca sativa كما وجد أن الضوء الأحمر يشجع علي الإنبات في حين الأشعة فوق الحمراء تثبط ذلك الإنبات وبالمثل هناك تأثيرات مشابهة للضوء علي عمليات التكشف الأخرى مثل عملية الإزهار.
وتحتوي خلايا النباتات الراقية علي نظام صبغي يعرف بالفيتو كروم يمتص الضوء الاحمر ويتحول إلى صورة أخري قادرة علي امتصاص الفوق احمر ثم تتحول الصورة الأخيرة إلى الصورة الأولى عند امتصاصها للضوء فوق الأحمر Far red هذا النظام الصبغي يرتبط بالبروتين ولذلك أطلق علية اسم Chromoprotein ويتركب من سلسلة من حلقات البيرول التي ترتبط فيما بينها بذرة كربون.
الفيتوكروم و تنشيط الجين
مازال دور الضوء غير معروف في تنشيط الجين مباشرا أو بطريقة غير مباشرة مثل تأثيره على إحدى عمليات التمثيل والتي تقوم بدورها في تنشيط الجين كما أو يقوم بالتأثير على عدد من Effectors الخاصة بالتأثير على الكابح الذي يفرزه Regulator gene لمنع عمل Operator gene او انه تحت تأثير توازن بيئي معين
( حرارة – ضوء ) تم التأثير في آليات الهرمونات فتكون توازن هرموني معين يؤثر على نشاط الجين ما زالت الأبحاث لها باقية .