مقاوم سازی یونجه در برابر پاتوژن های قارچی

به گزارش روابط پایگاه اطلاع رسانی علوم آزمایشگاهی ایران، یونجه که در لاتین با نام Medicago sativa نیز شناخته می شود، یک محصول کشاورزی است که بخشی از خانواده حبوبات است. به عنوان یک منبع غذایی غنی از پروتئین برای گاوهای شیری شناخته می شود که به راحتی هضم می شود و می تواند منجر به افزایش تولید شیر شود.

با این حال، یونجه می تواند مستعد ابتلا به بیماری های قارچی رایج، مانند پوسیدگی ریشه باشد که می تواند عملکرد محصول را محدود کند.

مقاله ای که اخیراً توسط هارش بایس زیست شناس گیاهی دانشگاه دلاور و آماندا رزیر، محقق فوق دکتری منتشر شده است، نشان می دهد که UD1022، یک باکتری مفید با ثبت اختراع UD، می تواند از گیاهان یونجه در برابر پاتوژن های قارچی که باعث بیماری های گیاهی می شوند، محافظت کند.

میکروب UD1022 دارای اختراع UD یک سویه منحصر به فرد باسیلوس سوبتیلیس است، یک باکتری طبیعی و مفید که روی سطح ریشه ها و خاک اطراف یا ریزوسفر زندگی می کند. UD1022 به عنوان یک محرک رشد شناخته می شود که می تواند به رشد شدید گیاهان کمک کند. همچنین به دلیل توانایی آن در کمک به گیاهان برای ایجاد یک مقاومت در سطح سیستم در هنگام حمله یکی از این عوامل بیماری میکروسکوپی، محافظ گیاه محسوب می شود.

Rosier، نویسنده اصلی مقاله، از طریق کارهای قبلی می دانست که UD1022 برای حبوبات، مانند نخود و عدس مفید است. او فکر کرد که آیا UD1022 به یونجه کمک می کند تا از بیماری های قارچی رایج جلوگیری کند. بنابراین، او چهار پاتوژن قارچی مختلف را با UD1022 در آزمایشگاه به چالش کشید تا ببیند آیا قارچ از آلوده کردن یونجه جلوگیری می کند یا خیر. انجام داد.

روزیر گفت که فکر می کند به این دلیل است که Bacillus subtilis مانند UD1022 مولکولی به نام سورفاکتین تولید می کند که به عنوان یک آنتی بیوتیک عمل می کند و مقاومت قارچی گیاه را افزایش می دهد. او برای آزمایش این نظریه، ژن UD1022 را که این آنتی بیوتیک را تولید می کند حذف کرد، سپس باکتری های اصلاح شده UD1022 و گونه های قارچ را دوباره آزمایش کرد. Rosier دریافت که بدون ژن تولید سورفاکتین، UD1022 توانایی کار به عنوان یک ضد قارچ با طیف وسیع را از دست داد. آزمایش های بیشتر نشان داد که بیوفیلم ها - پوشش های ضخیم و قندی که به چسبیدن میکروب ها به گیاهان کمک می کنند - همچنین در توانایی UD1022 برای سرکوب پاتوژن های قارچی یونجه در برخی گونه ها نقش دارند.

UD1022 روی سطح ریشه گیاهان زندگی می کند که می تواند به رشد گیاه کمک کند. نشان داده شده است که به ویژه برای برخی از حبوبات که با ریزوبیوم، یک باکتری خوب که روابط ویژه ای با گیاهان خانواده نخود و عدس برقرار می کند، تعامل دارند، مفید است.

باکتری های ریزوبیوم در داخل گره های روی ریشه گیاه زندگی می کنند و نیتروژن اتمسفر را تثبیت می کنند، یک ماده مغذی ضروری برای رشد گیاه که معمولا دسترسی به آن سخت است. این یک رابطه همزیستی است که در آن گیاهان نیتروژن دریافت می کنند تا از آن تغذیه کنند و باکتری ها خانه پیدا می کنند.

در کار قبلی، روزیر نشان داد که باکتری های ندول ساز مانند ریزوبیوم از نوعی ارتباط به نام سنجش حد نصاب استفاده می کنند، جایی که مولکول های سیگنال دهنده مانند سلول های جامعه خود را صدا می کنند و به آنها می گویند که ریشه های گیاه را مستعمره کنند و به رفع نیتروژن کمک کنند.

تیم تحقیقاتی این نظریه را مطرح کردند که از آنجایی که UD1022 در برخی از فعل و انفعالات عدس-ریزوبیوم بسیار مفید شناخته شده است، ممکن است این ارتباط در یونجه نیز با تقویت رشد ریشه و ایجاد سطح بیشتر برای رشد ریزوبیوم مفید باشد.

بایس گفت: اما وقتی آماندا این آزمایش را انجام داد، در واقع نتیجه منفی را دیدیم. به جای کمک، UD1022 به نوعی به ارتباط بین گیاه و ریزوبیوم آسیب رساند و گیاهان خوب عمل نکردند. آن کار نشان داد که UD1022 می تواند این مولکول های سیگنال دهنده را با قطع این ارتباط به طور موثر خاموش کند.

در مقاله روش های گیاهی منتشر شده در پاییز گذشته، روزیر روشی را برای تجسم این «حس نصاب» با چشم غیرمسلح، با استفاده از ابزاری به نام حسگر زیستی برای شناسایی این مولکول های سیگنال ارتباطی، توصیف کرد. هنگامی که حسگر زیستی تشخیص داد که مولکول های سیگنال دهنده ارتباطی روی یک ظرف پتری وجود دارد، آبی شد. هر چه مقدار آبی بیشتر و تیره تر باشد، سیگنال های ارتباطی بیشتری وجود دارد. آبی کمتر به معنای سیگنال های ارتباطی کمتر بود.

هنگامی که ریزوبیوم را به گیاه یونجه اضافه کرد، رزیر یک نقطه آبی زیبا در سطح ریشه گیاه مشاهده کرد. اما زمانی که Rosier هر دو ریزوبیوم و UD1022 را کنار هم قرار داد، لکه آبی تقریباً به طور کامل ناپدید شد. UD1022 مولکولی ترشح می کرد که پیام هایی را که باکتری های ریزوبیوم ارسال می کرد قطع می کرد تا نوع خود را برای استعمار ریشه های گیاه برای کمک به رشد گیاه بیاورد. این گیاه را در معرض خطر بیشتری قرار داد زیرا قادر به تثبیت نیتروژن به درستی نبود.

Rosier گفت: بنابراین، ما این باکتری مفید UD1022 را داریم که در برخی موارد ممکن است آنطور که می خواهیم مفید نباشد، بنابراین باید مراقب نحوه استفاده از آن باشیم.

این اطلاعات مهمی است زیرا صنایع کشاورزی به سمت استفاده گسترده از محرک های زیستی برای ارتقاء رشد و عملکرد محصول حرکت می کنند. Rosier گفت که برای درک جزئیات در مورد چگونگی و زمان استفاده از این باکتری های مفید در این زمینه به مطالعه بیشتری نیاز است. به عنوان مثال، شاید بهتر باشد که ابتدا از ریزوبیوم برای کمک به رشد استفاده کنید و سپس UD1022 را برای کنترل آفات اعمال کنید.

علاوه بر این، Bais گفت، درک توانایی UD1022 برای قطع سیگنال های ارتباطی در پاتوژن ها می تواند کاربردهایی برای سلامت انسان نیز داشته باشد. به عنوان مثال، افراد مبتلا به فیبروز کیستیک دچار نقص ایمنی هستند و آنها را در معرض خطر بیشتری برای باکتری های اکتسابی در بیمارستان، مانند ذات الریه قرار می دهد. بایس گفت: بسیاری از پاتوژن های انسانی از همین استراتژی برای ایجاد بیماری زایی یا عفونت استفاده می کنند. درک اینکه چگونه UD1022 مولکول های سیگنال دهنده مسئول ایجاد فیلم را قطع می کند، می تواند سرنخ هایی برای رویکردهای درمانی جدید برای حفظ سلامتی بیماران ارائه دهد.