مروری بر پدیده زندگی بدون آب (anhydrobiosis) در نماتد Aphelenchus avenae Bastian, 1865 (Nematoda: Tylenchomorpha)

پذیرفته شده برای پوستر
کد مقاله : 1929-25IPPC (R1)
نویسندگان
1دانشگاه آزاد اسلامی واحد علوم پزشکی تهران
2دانشگاه علوم پزشکی آزاد اسلامی تهران
3عضو هیات علمی
چکیده
تکامل موجودات زنده بر اساس اتخاذ استراتژی‌های بقا در برابر شرایط نامطلوب بوده است. کم آبی یکی از جدی‌ترین تنش‌ها در موجودات زنده است. برخی از موجودات زنده می‌توانند از دست دادن مقدار زیادی از آب بدن (تا 99٪) را تحمل کنند و مدت‌های طولانی تا آبرسانی مجدد به حالت زنده اما غیرفعال باقی بمانند. این پدیده به عنوان زندگی بدون آب یا بی‌آبزی (anhydrobiosis) که در واقع نوعی زندگی نهفته یا پنهان (cryptobiosis) است، شناخته می‌شود. کریپتوبیوز یک اصطلاح عمومی برای توقف متابولیسم برخی از موجودات زنده است که هیچ علائمی از حیات را نشان نمی‌دهند و فعالیت متابولیکی آنها به سختی قابل اندازه‌گیری است و به‌طور برگشت‌پذیر متوقف می‌شود. این حالت بر اساس عوامل ایجاد کننده به پنج گروه: کرایوبیوز (ناشی از انجماد)، ترموبیوز (درجه حرارت پایین و بالا)، اسموبیوز (اسمولاریته بسیار بالا)، آنوکسی‌بیوز (فقدان اکسیژن) و آنهیدروبیوز (کمبود آب) دسته‌بندی می‌شوند. آنهیدروبیوز رایج‌ترین شکل کریپتوبیوز و یکی از راه‌های مقابله موجودات با خشکی است. موجودات آنهیدروبیوز در شرایط بسیار خشک سازگار شده و می‌توانند تقریباً از کم آبی بسیار شدید به طورکامل جان سالم به در ببرند. چنین موجوداتی در بسیاری از گونه‌های مختلف از موجودات تک سلولی گرفته تا بی‌مهرگان و گیاهان عالی یافت می‌شوند. تعداد کمی از یوکاریوت‌های چند سلولی در مرحله بزرگسالی خود می‌توانند زندگی بدون آب را تحمل کنند. شاخه نماتدا، گروه بسیار متنوعی از گونه‌ها را شامل می‌شود و در انواع زیستگاه‌ها یافت می‌شوند. گونه Aphelenchus avenae به عنوان یک مدل آنهیدروبیوز جانوری، قابلیت فرار از مرگ سلولی در رطوبت نسبی صفر برای سال‌ها را به دست آورده‌است. این نماتد بی‌آبزی در حضور آب، فعالیت متابولیک طبیعی خود را از سر می‌گیرد. در طی تکامل، A. avenae با تکثیر ژنوم خود، دارای یک ژنوم با توان بالا شده و توانسته سیستم‌های محافظ مولکولی را برای محافظت از سلول‌های رویشی در طول کم‌آبی یا بی‌آبی طولانی مدت توسعه بدهد. همچنین ژن مقاومت به خشکی که در برخی از گیاهان مقاوم به خشکی وجود دارد، در این گونه نیز شناسایی شده‌است. البته A. avenae فقط می‌تواند از دست دادن آب با سرعت پایین و تدریجی را تحمل کند. شناسایی ژن‌های مرتبط با پدیده آنهیدروبیوز یک نیاز اصلی در توسعه مهندسی بی‌آبزی است که هدف آن ایجاد تحمل خشکی در نمونه‌های زیستی حساس به کم آبی (سلول‌ها، بافت‌ها، اندام‌ها) است. مهندسی بی‌آبزی موفق کاربردهای متعددی در کشاورزی (به عنوان مثال با مقاوم کردن گیاهان به خشکی)، پزشکی (مثلاً حفظ اندام در حالت خشک برای پیوند) و مهار زیستی (فرموله کردن نماتدهای بیمارگر حشرات) خواهد داشت. در این مقاله مروری به بررسی ویژگی‌های این گونه و ارتباط آن با آنهیدروبیوزیس می‌پردازیم. ارائه راهکارهایی چون انتقال ژن های مرتبط با مکانیسم‌های آنهیدروبیوزیس، می‌تواند اثرات منفی خشکسالی بر کشاورزی و محیط زیست را کاهش دهد.
کلیدواژه ها
 
Title
An overview of the phenomenon of life without water (anhydrobiosis) in Aphelenchus avenae Bastian, 1865 (Nematoda: Tylenchomorpha)
Authors
Mobina Fathiazar, Mahnoosh Adabnezhad, Hosein Modabber Vanaghi, Farahnaz Jahanshahi Afshar
Abstract
The evolution of organisms has been based on the adoption of survival strategies against adverse conditions. Dehydration is one of the most serious stresses for all organisms. Some organisms can persist while losing most of their water content of the body (up to 99%) and stay in a specific biological state for long periods of time until rehydration. This phenomenon is known as anhydrobiosis (life without water) which is actually a type of cryptobiosis (cryptic or hidden life). Cryptobiosis is a generic term for the metabolism of some organisms that do not show any signs of life and whose metabolic activity is difficult to measure and stops reversibly. It is divided into five groups based on the causative factors: cryobiosis (induced by freezing), thermobiosis (low and high temperature), osmobiosis (very high osmolarity), anoxybiosis (lack of oxygen) and anhydrobiosis (lack of water) are classified. Anhydrobiosis is the most common form of cryptobiosis and one of the ways for organisms to counter with drought. Anhydrobiotic organisms are adapted to extremely dry conditions and can survive almost completely after dehydration. Such organisms are found in many different species from unicellular organisms to invertebrates and higher plants. A small number of multicellular eukaryotes can survive without water in their adult stage. The phylum Nematoda encompasses a very diverse group of species and can be found in a variety of habitats. Aphelenchus avenae, as an animal model of anhydrobiosis, has obtained the ability to escape cell death in relative zero humidity for years. This anhydrobiotic nematode resumes its normal metabolic activity in the presence of water. During evolution, A. avenae has developed a plastic genome by genome duplication and has been able to develop molecular systems to protect somatic cells during long-term dehydration. Also, the drought resistance gene that exists in some drought-resistant plants has been identified in this species as well. Of course, A. avenae can only tolerate slow and gradual water loss. Identification of anhydrobiosis-related genes is a major requirement in development of anhydrobiotic engineering, the purpose of which is to confer desiccation tolerance on dehydration-sensitive biological samples (cells, tissues and organs). Successful anhydrobiotic engineering would have multiple applications in agriculture (for example, by rendering plants tolerant to drought), medicine (for example, preservation in the dry state of organs for transplant), and biological control (formulating entomopathogenic nematodes). In this review, we will describe the characteristics of this species and its relationship with anhydrobiosis. Providing solutions such as transferring genes related to anhydrobiosis mechanisms can reduce the effects of drought on agriculture and environment.
Keywords
Anhydrobiotic engineering, Aphelenchidae, Cryptobiosis, Drought