مقارنة بين تأثيرات العوامل البيولوجية البكتيرية وحمض الجبرلين على نمو ستيفيا وإنتاج ستيفيول جليكوسيد من خلال تنظيم الجينات المشفرة لها

تُعدّ الزراعة المورد الأهم في الأسواق العالمية، وتواجه النظم البيئية تحدياتٍ عديدة. يتزايد الاستهلاك العالمي للأسمدة الكيماوية، ويلعب دورًا حيويًا في إنتاجية المحاصيل. ومع ذلك، فإن النباتات المزروعة بهذه الطريقة لا تملك الوقت الكافي للنمو والنضج بشكل سليم، وبالتالي لا تكتسب خصائص نباتية ممتازة. إضافةً إلى ذلك، قد تتراكم مركبات سامة شديدة الضرر في جسم الإنسان والتربة. لذلك، ثمة حاجة لتطوير حلول صديقة للبيئة ومستدامة لتقليل الحاجة إلى الأسمدة الكيماوية. يمكن أن تكون الكائنات الحية الدقيقة المفيدة مصدرًا مهمًا للمركبات الطبيعية النشطة بيولوجيًا.
تختلف المجتمعات الداخلية في الأوراق اعتمادًا على نوع النبات المضيف أو النمط الجيني ومرحلة نمو النبات ومورفولوجيا النبات. 13 أفادت العديد من الدراسات أن بكتيريا Azospirillum وBacillus وAzotobacter وPseudomonas وEnterobacter لديها القدرة علىتعزيز نمو النبات14 علاوة على ذلك، يُعدّ جنسا Bacillus وAzospirillum من أكثر أجناس PGPB دراسةً من حيث تحسين نمو النبات وإنتاجيته. 15 وقد أظهرت الدراسات أن التلقيح المشترك لجنس Azospirillum brasiliensis وBradyrhizobium في البقوليات يمكن أن يعزز إنتاجية الذرة والقمح وفول الصويا والفاصوليا الحمراء. 16 و17 وقد أظهرت الدراسات أن تلقيح نبات Salicornia بـ Bacillus licheniformis وأنواع أخرى من PGPBs يعزز نمو النبات وامتصاص العناصر الغذائية بشكل تآزري. 18 ويُحسّن جنسا Azospirillum brasiliensis Sp7 وBacillus sphaericus UPMB10 نمو جذور الموز الحلو. وبالمثل، يصعب زراعة بذور الشمر بسبب ضعف النمو الخضري وانخفاض معدل الإنبات، خاصةً في ظل ظروف الجفاف. 20 تُحسّن معالجة البذور ببكتيريا الزائفة المتألقة والتريكوديرما هارزيانوم النمو المبكر لشتلات الشمر في ظل ظروف الجفاف21. أما بالنسبة للستيفيا، فقد أُجريت دراسات لتقييم آثار الفطريات الجذرية والبكتيريا الجذرية المعززة لنمو النبات (PGPR) على قدرة النبات على النمو، وتجميع المستقلبات الثانوية، والتعبير عن الجينات المشاركة في عملية التخليق الحيوي. وفقًا لراهي وآخرون.22، أدى تلقيح النباتات بمستقبلات PGPR مختلفة إلى تحسين نموها ومؤشر التمثيل الضوئي وتراكم ستيفيوسيد وستيفيوسيد أ. من ناحية أخرى، أدى تلقيح ستيفيا بجراثيم الريزوبيا المعززة لنمو النبات والفطريات الجذرية الخيطية إلى تحفيز ارتفاع النبات ومحتويات ستيفيوسيد والمعادن والأصباغ.23 أفاد أوفيدو بيريرا وآخرون.24 أن الفطريات الداخلية المهيجة Enterobacter hormaechei H2A3 وH5A2 زادت من محتوى SG وحفزت كثافة الشعيرات في الأوراق وعززت تراكم المستقلبات المحددة في الشعيرات، لكنها لم تعزز نمو النبات؛
يُعدّ حمض الجبرلين GA3 أحد أهم البروتينات الشبيهة بالجبرلين وأكثرها نشاطًا بيولوجيًا. يمكن أن يُحسّن العلاج الخارجي للستيفيا بحمض الجبرلين GA3 من استطالة الساق والإزهار. من ناحية أخرى، أفادت بعض الدراسات أن حمض الجبرلين GA3 مُحفّز يُحفّز النباتات على إنتاج مُستقلبات ثانوية مثل مُضادات الأكسدة والأصباغ، كما أنه يُمثّل آلية دفاعية.
العلاقات التطورية للعزلات مع أنواع أخرى من السلالات. أرقام تسجيل الجينات مُدرجة بين قوسين.
تظهر أنشطة الأميليز والسليلوز والبروتياز كأشرطة واضحة حول المستعمرات، بينما تشير الرواسب البيضاء حول المستعمرات إلى نشاط الليباز. وكما هو موضح في الجدول 2، فإن بكتيريا باراميكويدس SrAM4 قادرة على إنتاج جميع الهيدرولازات، بينما بكتيريا باراليشينيفورميس SrMA3 قادرة على إنتاج جميع الإنزيمات باستثناء السيليلوز، بينما بكتيريا ليشينيفورميس SrAM2 قادرة على إنتاج السيليلوز فقط.
ارتبطت العديد من الأجناس الميكروبية المهمة بزيادة تخليق المستقلبات الثانوية في النباتات الطبية والعطرية74. وزادت جميع مضادات الأكسدة الإنزيمية وغير الإنزيمية بشكل ملحوظ في S. rebaudiana Shou-2 مقارنةً بالمجموعة الضابطة. كما أفاد Chamam وآخرون بالتأثير الإيجابي لـ PGPB على TPC في الأرز.75؛ علاوة على ذلك، تتوافق نتائجنا مع نتائج TPC وTFC وDPPH في S. rebaudiana، والتي تُعزى إلى التأثير المشترك لـ Piriformospora indica وAzotobacter chroococcum76. كان TPC وTFC77 أعلى بشكل ملحوظ في نباتات الريحان المعالجة بالكائنات الدقيقة مقارنةً بالنباتات غير المعالجة. علاوة على ذلك، قد تحدث زيادة مضادات الأكسدة لسببين: تُحفز الإنزيمات التحللية آليات الدفاع المُستحثة في النبات بنفس طريقة الكائنات الدقيقة المُمرضة حتى يتكيف النبات مع الاستعمار البكتيري.78 ثانيًا، قد يعمل PGPB كمبادر لتحريض المركبات النشطة بيولوجيًا والتي تتشكل عبر مسار الشيكيمات في النباتات العليا والكائنات الحية الدقيقة 79.
أظهرت النتائج وجود علاقة تآزرية بين عدد الأوراق والتعبير الجيني وإنتاجية SG عند تلقيح سلالات متعددة معًا. من ناحية أخرى، تفوق التلقيح المزدوج على التلقيح المفرد من حيث نمو النبات وإنتاجيته.
تم الكشف عن الإنزيمات التحللية بعد تلقيح البكتيريا على وسط أجار يحتوي على ركيزة مؤشرة، وحضانتها عند درجة حرارة 28 درجة مئوية لمدة 2-5 أيام. بعد وضع البكتيريا على وسط أجار النشا، تم تحديد نشاط الأميليز باستخدام محلول اليود 100. تم تحديد نشاط السليولاز باستخدام كاشف أحمر الكونغو المائي بتركيز 0.2% وفقًا لطريقة كيانجام وآخرون. 101. لوحظ نشاط البروتياز من خلال مناطق صافية حول المستعمرات المزروعة على وسط أجار الحليب الخالي من الدسم كما وصفه كوي وآخرون. 102. من ناحية أخرى، تم الكشف عن الليباز 100 بعد التلقيح على وسط أجار توين.