نقش انتقال به عنوان یک مکانیسم مقاومت به گلیفوزیت

در سال 1997 اولین گزارش مقاومت به گلیفوزیت گزارش شد. چچم سخت در استرالیا. پس از آن بیوتیپ های مختلف در سراسر جهان گزارش گردید. تحقیقات برخلاف تصور نشان داد که مکانیسم مقاومت اکثرا تغییر در محل هدف است. در این بیوتیپ ها به جای جایگاه 106 که توسط اسید های آمینه سرین و آلانین و ترئونین جایگرین شده بودند توانایی گلیفوزیت برای پیوند با آنزیم را کاهش می یابد.

نقش انتقال در محل عمل گلیفوزیت:

گلیفوزیت علف کشی قوی است که به ریشه ها، مریستم ها و اندام زیر زمینی و اندام تولید مثلی انتقال می یابد. گلیفوزیت از طریق مسیر EPSPS علف هرز را کنترل می کند که مسیر اساسی در بیوسنتز اسید آمینه های معطر است. ژن EPSPS به مقدار زیادی در مریستم ها و گلهای گیاهان بیان می شود. فنگ و همکاران بیان کردند که همان بافتی که EPSPS در آن بیان می شود به شدت به علف کش حساس است. در گیاه گاوپنبه مریستم نوک ساقه و ریشه در مقدار 2/ میلی گرم گلیفوزیت کشته شدند اما بافت پایین ساقه مقاومت بیشتری داشت و در مقدار 4/8 میلی گرم از بین رفت. مهار EPSPS در اثر تجمع شیکیمات3 فسفات و شیکیمات در گیاه است. نتایج بسیاری از محقیقن نشان می دهد که بیشترین مقدار شیکیمات در بافت های جوان گیاه تجمع می یابد. EPSPS  اگر چه  در هسته کد گذاری می شود اما به کلروپلاست انتقال می یابد، جایی که اسید آمینه های آروماتیک سنتز می شوند. در گوجه فرنگی تیمار شده با گلیفوزیت مشخص شد که علت متورم شدن و ترکیدن کلروپلاست به خاطر تجمع شیکیمات در آن بود. بنابراین گلیفوزیت نیاز به ورود به دورن سلول سپس انتقال به مناطق مریسستمی فعال دارد تا به محل هدف برسد. مکانیسم جذب گلیفوزیت به خوبی مشخص نیست. به نظر می رسد حداقل دو مکانیسم جذب وجود دارد. سیستم جذب فعال که در غلظت های پایین صورت می گیرد (شکل 1) و جذب از طریق جریان توده ای.

مکانیسم انتقال گلیفوزیت و فتوسنتز:

حرکت آب و کربوهیدراتها از طریق آوند آبکش صورت می گیرد. غلظت بالای قند در آوند آبکش باعث ورود آب به درون آوند چوب می شود و یک فشار ایجاد می کند که باعث می شود آب از برگهای منبع به سینک ها جریان یابند (شکل 2). گلیفوزیت در آوند آبکش از برگها همراه مواد قندی به سوی سینک ها انتقال می یابد. هرگونه تغییر در ساختار گلیفوزیت بر ویژگی و ساختار زویتریون آن تاثیر می گذراد و باعث کاهش حرکت آن در گیاه می شود. با این حال دقیق مشخص نیست که گلیفوزیت چگونه وارد آوند آبکش می شود. گلیفوزیت ممکن است از طریق جریان توده ای وارد سلولهای مزوفیل شود، به دنبال حرکت به آوند آبکش و از طریق پلاسمودسماتا یا به صورت انتقال فعال. گلیفوزیت پس از ورود به عناصر غربالی به دلیل آب دوستی به دام می افتد و سپس به طرف سینک انتقال می یابد.

مقاومت به گلیفوزیت به دلیل انتقال محدود:

مقاومت به گلیفوزیت در چند گونه علف هرز مقاوم انتخاب شده و به نظر می رسد مکانیسم اصلی مقاومت انتقال محدود به  مریستم ها و سینک ها باشد. این مکانیسم در گونه های تراریخته، علف اسب، چچم سخت و چچم ایتالیایی مشخص شده است. الگوی حرکت در بیوتیپ های مقاوم به گلیفوزیت و حساس به گلیفوزیت متفاوت است . انتقال کمتر از برگهای تیمار شده در گونه های مقاوم نسبت به گونه های حساس. نتایج متفاوت از 3 تا 10 برابر جهت بازدارندگی گونه های مقاوم.

مکانیسم کاهش انتقال گلیفوزیت در گونه های مقاوم:

مکانیسم کاهش انتقال به خوبی روشن نیست با این حال الگوی حرکت گلیفوزیت و همچنین تجمع شیکیمات ممکن است مکانیسم بالقوه ای در این مورد باشد. انتقال گلیفوزیت از برگ تیمار شده مستلزم آن است که وارد آوند آّبکش شود و در آن باقی بماند. الگوی حرکت در بیوتیپ های مقاوم کاملا مجزا می باشد. در بیوتیپ های حساس گلیفوزیت جذب شده ابتدا با جریان تعرق بالا می رود و بعد از آن وارد آوند های کوچک می شود و به سمت اندام های دیگر حرکت می کند. در بیو تیپ های مقاوم گلیفوزیت با جریان تعرق به سمت بالا حرکت می کند اما در آوندهای کوچک بارگذاری نمی شود. از این رو علف کش کمتر از برگ تیمار شده انتقال می یابد. در چچم سخت و ایتالیایی مقاوم به نظر می رسد گلیفوزیت در بخش انتهایی برگ به دام می افتد. مشابه این عمل در علف اسب هم گزارش شده است. با این حال با گذشت زمان گلیفوزیت در بیوتیپ های مقاوم وارد آوند آبکش می شود و انتقال هم می یابد اما نصف مقداری  که در بیوتیپ های حساس منتقل می شود. این نتایج نشان می دهد که یک مانع ناشناس مانع ورود گلیفوزیت به آوند آبکش می شود. این مانع می تواند در آوند آبکش یا در سلولهای مزوفیل باشد. پژوهش ها از بافت برگ جدا شده نشان می دهد که این مانع ناشناس در سطح سلولی اتفاق می افتد.

در مقایسه قطعات برگ ایزوله شده بیوتیپ های مقاوم و حساس مقدار تجمع شیکیمات در غلظت های کم متفاوت بود اما در غلطت های بالا تفاوتی نداشت(جدول 2). در سویای تراریخته چه در غلظت زیاد و چه در غلظت کم هیچ تجمعی از شیکیمات مشاهده نشد. این نتایج نشان می هد که  غلظت های کم گلیفوزیت کمتر جذب شده و مقدار بازدارندگی EPSPS نیز کمتر است. اما در غلظت های بالا شیکیمات تجمع یافته برای مهار EPSPS  کافی است.

مکانیسم های بالقوه وجود دارند که می توانند جذب و انتقال گلیفوزیت را کاهش دهند(شکل 3).

1 – تکامل پمپ انتقال گلیفوزیت به واکوئل. بنابراین توقف علف کش و نرسیدن به محل عمل

2 – تکامل انتقال در کلروپلاست که منجر به پمپ گلیفوزیت از کلروپلاست و جلوگیری از رسیدن علف کش به محل عمل

3 – تکامل انتقال پمپ گلیفوزیت از سلول به آپوپلاست

اطلاعات نشان می دهد که ممکن است یک انتقال جدید وجود داشته باشد. ATP  متصل به پروتئین های ناقل غشا متابولیت های داهل سلول را به خارج از سلول منتقل می کند. این انتقال پیچیده است و شامل متابولیت های ثانویه و متابولیسم علف کش در واکوئل باشد. اگرچه فرضیه های متعددی وجود دارد اما هرکدام از آنها می توانند آزمایش شده و تایید یا رد شوند.