مقارنة تأثيرات العوامل البيولوجية البكتيرية وحمض الجبريليك على نمو نبات ستيفيا وإنتاج جليكوسيد ستيفيول من خلال تنظيم جيناته المشفرة

تُعدّ الزراعة أهم مورد في الأسواق العالمية، وتواجه النظم البيئية تحديات جمّة. يتزايد الاستهلاك العالمي للأسمدة الكيميائية، التي تلعب دورًا حيويًا في زيادة غلة المحاصيل¹. مع ذلك، لا تملك النباتات المزروعة بهذه الطريقة الوقت الكافي للنمو والنضج بشكل سليم، وبالتالي لا تكتسب صفات نباتية ممتازة². إضافةً إلى ذلك، قد تتراكم مركبات سامة شديدة الضرر في جسم الإنسان والتربة³. لذا، ثمة حاجة ماسة لتطوير حلول صديقة للبيئة ومستدامة للحد من استخدام الأسمدة الكيميائية. ويمكن أن تُشكّل الكائنات الحية الدقيقة المفيدة مصدرًا هامًا للمركبات الطبيعية النشطة بيولوجيًا⁴.
تختلف المجتمعات الميكروبية الداخلية في الأوراق تبعًا لنوع النبات المضيف أو نمطه الوراثي، ومرحلة نمو النبات، وشكله. وقد أفادت العديد من الدراسات أن بكتيريا أزوسبيريلوم، وباسيلوس، وأزوتوباكتر، وبسودوموناس، وإنتيروباكتر لديها القدرة علىتعزيز نمو النبات١٤ علاوة على ذلك، تُعدّ بكتيريا Bacillus وAzospirillum من أكثر أجناس البكتيريا المحفزة لنمو النبات (PGPB) دراسةً فيما يتعلق بتحسين نمو النبات وإنتاجيته. ١٥ وقد أظهرت الدراسات أن التلقيح المشترك لبكتيريا Azospirillum brasiliensis وBradyrhizobium في البقوليات يُمكن أن يُحسّن إنتاجية الذرة والقمح وفول الصويا والفاصوليا. ١٦، ١٧ كما أظهرت الدراسات أن تلقيح نبات الساليكورنيا ببكتيريا Bacillus licheniformis وغيرها من البكتيريا المحفزة لنمو النبات يُعزز نمو النبات وامتصاص العناصر الغذائية بشكل تآزري. ١٨ تُحسّن بكتيريا Azospirillum brasiliensis Sp7 وBacillus sphaericus UPMB10 نمو جذور الموز الحلو. وبالمثل، يصعب إنبات بذور الشمر بسبب ضعف نموها الخضري وانخفاض نسبة إنباتها، خاصةً في ظل ظروف الإجهاد الناتج عن الجفاف. ٢٠ تعمل معالجة البذور ببكتيريا Pseudomonas fluorescens و Trichoderma harzianum على تحسين النمو المبكر لشتلات الشمر في ظل ظروف الإجهاد الناتج عن الجفاف21. بالنسبة لنبات ستيفيا، فقد أجريت دراسات لتقييم تأثيرات الفطريات الجذرية وبكتيريا جذور النباتات المحفزة للنمو (PGPR) على قدرة الكائن الحي على النمو وتراكم المستقلبات الثانوية والتعبير عن الجينات المشاركة في التخليق الحيوي. وفقًا لراهي وآخرون22، فإن تلقيح النباتات بأنواع مختلفة من بكتيريا PGPRs حسّن نموها ومؤشر التمثيل الضوئي وتراكم الستيفيوسيد والستيفيوسيد A. من ناحية أخرى، فإن تلقيح نبات الستيفيا ببكتيريا الريزوبيا المحفزة لنمو النبات وفطريات الميكوريزا الشجرية حفز طول النبات ومحتوى الستيفيوسيد والمعادن والأصباغ.23 أفاد أوفيدو-بيريرا وآخرون24 أن البكتيريا الداخلية المهيجة Enterobacter hormaechei H2A3 وH5A2 زادت من محتوى SG، وحفزت كثافة الشعيرات في الأوراق، وعززت تراكم مستقلبات محددة في الشعيرات، لكنها لم تعزز نمو النبات؛
يُعدّ GA3 أحد أهم البروتينات الشبيهة بالجبريلين وأكثرها نشاطًا بيولوجيًا³¹. ويمكن أن يؤدي المعالجة الخارجية لنبات ستيفيا بـ GA3 إلى زيادة استطالة الساق والإزهار³². من ناحية أخرى، أشارت بعض الدراسات إلى أن GA3 محفز يحفز النباتات على إنتاج المستقلبات الثانوية مثل مضادات الأكسدة والأصباغ، كما أنه آلية دفاعية³³.
العلاقات التطورية للعزلات فيما يتعلق بأنواع السلالات الأخرى. أرقام الوصول في بنك الجينات مذكورة بين قوسين.
تظهر أنشطة الأميليز والسليولاز والبروتياز على شكل أشرطة واضحة حول المستعمرات، بينما تشير الرواسب البيضاء حول المستعمرات إلى نشاط الليباز. كما هو موضح في الجدول 2، يمكن لسلالة B. paramycoides SrAM4 إنتاج جميع الهيدرولازات، بينما يمكن لسلالة B. paralicheniformis SrMA3 إنتاج جميع الإنزيمات باستثناء السليولاز، وتنتج سلالة B. licheniformis SrAM2 السليولاز فقط.
ارتبطت عدة أجناس ميكروبية مهمة بزيادة تخليق المستقلبات الثانوية في النباتات الطبية والعطرية⁷⁴. وقد زادت جميع مضادات الأكسدة الإنزيمية وغير الإنزيمية بشكل ملحوظ في نبات الريحان Shou-2 مقارنةً بالمجموعة الضابطة. كما أشار شمام وآخرون⁷⁵ إلى التأثير الإيجابي للبكتيريا المحفزة لنمو النبات على محتوى الفينولات الكلية في الأرز. علاوة على ذلك، تتوافق نتائجنا مع نتائج محتوى الفينولات الكلية، ومحتوى الفلافونويدات الكلية، وقيمة DPPH في نبات الريحان S. rebaudiana، والتي تُعزى إلى التأثير المشترك لبكتيريا Piriformospora indica وAzotobacter chroococcum⁷⁶. وكان محتوى الفينولات الكلية ومحتوى الفلافونويدات الكلية⁷⁷ أعلى بشكل ملحوظ في نباتات الريحان المعالجة بالكائنات الدقيقة مقارنةً بالنباتات غير المعالجة. إضافةً إلى ذلك، قد تحدث الزيادة في مضادات الأكسدة لسببين: أولهما أن الإنزيمات المحللة تحفز آليات الدفاع النباتية بنفس طريقة الكائنات الدقيقة الممرضة حتى يتكيف النبات مع الاستعمار البكتيري⁷⁸. ثانيًا، قد تعمل PGPB كمحفز لتحفيز المركبات النشطة بيولوجيًا التي تتشكل عبر مسار الشيكيمات في النباتات العليا والكائنات الحية الدقيقة 79.
أظهرت النتائج وجود علاقة تآزرية بين عدد الأوراق والتعبير الجيني وإنتاج SG عند تلقيح النباتات بسلالات متعددة معًا. من ناحية أخرى، كان التلقيح المزدوج أفضل من التلقيح الأحادي من حيث نمو النبات وإنتاجيته.
تم الكشف عن الإنزيمات المحللة بعد تلقيح البكتيريا على وسط أجار يحتوي على ركيزة مؤشرة وحضانتها عند درجة حرارة 28 درجة مئوية لمدة تتراوح بين يومين وخمسة أيام. بعد زرع البكتيريا على وسط أجار النشا، تم تحديد نشاط الأميليز باستخدام محلول اليود 100. تم تحديد نشاط السليولاز باستخدام كاشف الكونغو الأحمر المائي بتركيز 0.2% وفقًا لطريقة كيانغام وآخرون¹⁰¹. لوحظ نشاط البروتياز من خلال مناطق شفافة حول المستعمرات المزروعة على وسط أجار الحليب منزوع الدسم كما وصفها كوي وآخرون¹⁰². من ناحية أخرى، تم الكشف عن الليباز 100 بعد التلقيح على وسط أجار توين.