نقش میکروب های خاک در بقا گیاهان در خشک سالی
میکروبهای خاک، خاطرهی خشکسالی را در خود حفظ میکنند و به گیاهان در بقا کمک میکنند.
به گزارش پایگاه علمی خبری دانه، طی مطالعهای که در مجله Nature Microbiology منتشر شده است، پژوهشگران دریافتند که میکروبهای خاک در ایالت کانزاس دارای نوعی «حافظهی خشکسالی» هستند که بر رشد و بقاء گیاهان تأثیر میگذارد. گیاهان بومی نسبت به محصولات زراعی مانند ذرت، واکنش قویتری به این خاطرات میکروبی نشان دادند؛ که نشانهای از همتکاملی دیرینه میان گیاه و میکروبهای محلی است.همچنین تحلیلهای ژنتیکی یک ژن کلیدی مرتبط با مقاومت در برابر خشکسالی را شناسایی کرد که میتواند به مهندسی ژنتیکی برای افزایش تابآوری گیاهان در برابر خشکی کمک کند.
پژوهشگران دانشگاه کانزاس برای درک چگونگی اثرات میکروبی در سطح مولکولی، تجزیهوتحلیل ژنتیکی میکروبها و گیاهان را بهطور همزمان انجام دادند.خاکهایی از سراسر کانزاس را بررسی کرده تا نقش «اثرات میراثی» (legacy effects) را بیازماید؛ (یعنی تأثیر میکروبهایی که طی سالیان طولانی خود را با اقلیم محلی سازگار کردهاند.)
مگی واگنر، استاد بومشناسی و زیستشناسی تکاملی در دانشگاه کانزاس و یکی از نویسندگان مقاله میگوید:«باکتریها، قارچها و دیگر موجودات زندهی خاک در واقع میتوانند تأثیرات مهمی بر فرآیندهایی مانند ذخیرهی کربن، جابجایی مواد مغذی و آنچه ما بهویژه به آن علاقه داریم (اثرات میراثی بر گیاهان) داشته باشند.»
او میافزاید:«ما زمانی به این موضوع علاقهمند شدیم که دریافتیم پژوهشگران دیگر سالهاست از نوعی حافظهی بومشناختی در میکروبهای خاک سخن میگویند.(اینکه آنها بهنوعی خاطرات نیاکانشان از شرایط اقلیمی را حفظ میکنند.) این ایده پیامدهای بزرگی برای کشاورزی دارد، از جمله در کشت ذرت و گندم. بارندگی خود بهتنهایی بر رشد گیاه اثر دارد، اما حافظهی میکروبهای ساکن خاک نیز میتواند نقشی تعیینکننده ایفا کند.»واگنر توضیح میدهد که گرچه اثرات میراثی پیشتر مشاهده شدهاند، اما سازوکار دقیقشان هنوز روشن نیست. درک بهتر این پدیده میتواند در آینده به کشاورزان و شرکتهای زیستفناوری کمک کند تا از میکروبهای مفید بهرهبرداری کنند.
او میگوید:«ما هنوز دقیق نمیدانیم این اثرات چطور عمل میکنند؛ اینکه کدام میکروبها در سطح ژنتیکی دخیلاند، یا کدام ژنهای باکتریایی تحتتأثیر قرار میگیرند. همچنین روشن نیست که چگونه میراث اقلیمی از خاک به میکروبها و سپس به گیاه منتقل میشود.»
تیم پژوهشی نمونهخاکهایی از شش نقطهی مختلف در کانزاس برداشت کرد.(از مناطق مرطوب شرق تا دشتهای خشک غرب که بهدلیل «سایهی بارشی» کوههای راکی بارندگی کمتری دارند.) هدف، مقایسهی اثرات میراثی در طیف اقلیمی گستردهتر بود.
در این مرحله، پژوهشگران بررسی کردند که جوامع میکروبی موجود در خاک چگونه بر رشد گیاهان اثر میگذارند.
واگنر توضیح میدهد:«ما از روشی کلاسیک استفاده کردیم و با میکروبها مثل یک جعبهی سیاه رفتار کردیم. گیاهان را در خاکهایی با حافظههای متفاوت از خشکسالی پرورش دادیم و عملکردشان را سنجیدیم تا بفهمیم کدام جامعهی میکروبی مفیدتر است.»
میکروبها به مدت پنج ماه در شرایط آبیاری فراوان یا بسیار محدود نگهداری شدند تا «تاریخچههای متضاد رطوبتی» شکل بگیرد.
واگنر میگوید:«حتی پس از هزاران نسل باکتری، اثر حافظهی خشکسالی همچنان قابلتشخیص بود. یکی از جالبترین یافتههای ما این بود که اثر میراثی میکروبی در گیاهان بومی آن مناطق بسیار قویتر از گیاهان غیربومی مانند ذرت بود.»
برای آزمودن نقش «هویت گیاه» در تعامل با میراث میکروبی، تیم پژوهش ذرت (بهعنوان یک محصول زراعی) را با چمن بومی آمریکای شمالی بهنام گاماگراس (gamagrass) مقایسه کرد.
نتایج اولیه نشان داد که گیاهان بومی همترازی بیشتری با خاطرات میکروبی محلی دارند.
پژوهشگران در گام بعدی فعالیت ژنی میکروبها و گیاهان را بررسی کردند تا سازوکارهای مولکولی اثر میراثی را بشناسند.
واگنر میگوید:«جالبترین ژنی که یافتیم، ژن نیکوتیانآمین سنتاز (nicotianamine synthase) بود. این ژن مولکولی میسازد که به گیاه برای جذب آهن از خاک کمک میکند، اما در برخی گونهها در مقاومت به خشکسالی نیز نقش دارد. در تحلیل ما، گیاه تنها زمانی این ژن را در شرایط خشکی فعال میکرد که با میکروبهایی همزیست بود که سابقهی زیستن در شرایط خشک داشتند. یعنی پاسخ گیاه به خشکی به حافظهی میکروبها بستگی داشت — و این برای ما شگفتانگیز بود.»
واگنر اضافه میکند که گاماگراس اکنون بهعنوان منبعی بالقوه از ژنهای مفید برای بهبود مقاومت ذرت در برابر تنشهای محیطی مورد توجه قرار گرفته است.
او میگوید:«برای شرکتهای زیستفناوری که روی افزودن میکروبهای مفید به محصولات کار میکنند، این یافته سرنخهایی دربارهی جهت جستوجوی میکروبهای دارای ویژگیهای سودمند ارائه میدهد. تجاریسازی میکروبها در کشاورزی صنعتی چند میلیارد دلاری است و همچنان در حال رشد.»
