تعزيز صحة النبات: دور التبادل الجيني مع البكتيريا

كشف بحث جديد عن كيفية تبادل الجينات بين النباتات والبكتيريا لتعزيز صحة النبات ونموه. تؤثر هذه الجينات على العمليات الرئيسية مثل استقلاب الكربوهيدرات وتخليق الهرمونات

كشف بحث جديد عن كيفية تبادل الجينات بين النباتات والبكتيريا لتعزيز صحة النبات ونموه. اكتشف الفريق 75 جينا تم نقلها بين النباتات الصغيرة سريعة النمو (Arabidopsis thaliana) والبكتيريا المصاحبة لها، مما أثر على العمليات الرئيسية مثل استقلاب الكربوهيدرات وتخليق الهرمونات. لا يؤدي هذا الاكتشاف إلى تعميق فهمنا لبيولوجيا النبات فحسب، بل يفتح أيضًا إمكانيات رائعة لتحسين مناعة النبات ونموه من خلال التقنيات الحيوية المتقدمة.

يكشف البحث الذي أجراه الدكتور عساف ليفي من معهد العلوم البيئية في الجامعة العبرية، بالتعاون مع د. يوليا فريدمان، د. هيتايشي هاندل، والبروفيسور سيجال سابالدي غولدشتاين من كلية الأحياء في التخنيون، عن وجود النقل الجيني الأفقي الديناميكي بين الولايات (HGT) الذي قد يغير فهمنا لبيولوجيا النبات والميكروبات والممارسات الزراعية.

تم نشر العمل في مجلة ISME Communications.

تعتمد النباتات على مجتمع معقد من البكتيريا المهمة لصحتها ونموها. وافترض الفريق البحثي وأكد أن العلاقة الوثيقة والقديمة بين النباتات وميكروبيومها تسمح بظاهرة النقل الجيني الأفقي النادرة، حيث يتم نقل الجينات مباشرة بين الأنواع المختلفة.

وفي اكتشاف جديد، حدد الدكتور ليفي وفريقه 75 جينًا فريدًا تم نقلها أفقيًا بين نبات أرابيدوبسيس ثاليانا، وهو نبات نموذجي تمت دراسته على نطاق واسع، والبكتيريا، واكتسبت النباتات 59 جينًا من البكتيريا واكتسبت البكتيريا 16 جينًا على الأقل من تعمل هذه الجينات بشكل أساسي على تحسين عملية التمثيل الغذائي للكربوهيدرات والتخليق الحيوي للأوكسين، وهو أمر ضروري لتنظيم نمو النبات وتفاعلاته الحصانة.

على سبيل المثال، اكتسبت مجموعة معينة من البكتيريا، Streptomyces، جينًا من النباتات يسمح لها بتكسير الكيتين، وهو مركب موجود في الحشرات والفطريات. بالإضافة إلى ذلك، حددت الدراسة 111 جينًا تم نقلها بين البكتيريا وحقيقيات النوى بشكل عام (وليس بالضرورة النباتات).

علاوة على ذلك، أكدت الدراسة هذه النتائج من خلال إظهار أن الجين البكتيري من نظام الأكتينوباكتريا، عند التعبير عنه في الأرابيدوبسيس، يصحح عيوب النمو المرتبطة بطفرة الجين DET2 في النبات. DET2 ضروري لتخليق هرمون نبات brasinosteroid. هذه الهرمونات ضرورية لنمو وتطور النبات.

النبات الذي يفتقر إلى جين DET2 هو نبات قزم. ومع ذلك، من خلال التعبير عن الجين البكتيري الشبيه بـ DET2 داخل النباتات، تمكن الباحثون من الحصول على نبات ذي حجم طبيعي، مما يدل على أن كلا الجينين لهما نفس الوظيفة.

"يسلط هذا البحث الضوء على مدى تعقيد التفاعلات بين النباتات والميكروبات، وقد فوجئنا بأن الجينات تم الحصول عليها من قبل كائنات حية متباعدة جدًا في شجرة الحياة، مثل البكتيريا والنباتات. يجب أن يخضع الجين البكتيري الذي يكتسبه النبات لتغييرات معينة وقال الدكتور ليفي: "ستكون نشطة داخل الخلايا النباتية، وسيكون من المثير للاهتمام دراسة الآليات التي يتم من خلالها اكتساب الجينات وتطويرها. ويفتح البحث طرقًا جديدة لتطبيقات التكنولوجيا الحيوية في الزراعة".

"إن فهم واستغلال هذه النقلات الجينية يمكن أن يؤدي إلى استراتيجيات مبتكرة لتحسين المناعة وتربية النباتات إذا فهمنا لماذا وكيف تم نقل جينات معينة. ومن المذهل أيضًا أن تقوم البكتيريا بتبادل الجينات مع كائنات أخرى مثل الحيوانات، بما في ذلك البشر."

مع تزايد التحديات التي تواجه الزراعة العالمية نتيجة لتغير المناخ والنمو السكاني، هناك حاجة ملحة للابتكار الذي يحسن مناعة النباتات ونموها. ووفقا للتوقعات، فإن التقدم في التفاعلات بين النباتات والميكروبات يمكن أن يؤدي إلى زيادة كبيرة في إنتاج الغذاء العالمي، مع تلبية الطلب المتزايد على الأمن الغذائي. واليوم، ينفق القطاع الزراعي مليارات الدولارات كل عام على مكافحة الأمراض النباتية والضغوط البيئية.

للمادة العلمية

المزيد عن الموضوع على موقع العلوم:

• يبدو الأمر كما لو أن رقبة الزرافة الطويلة قد انتقلت إلى البطة - وهو نقل جانبي للجينات
• جهاز استشعار لتركيبة المواد الغذائية والمواد المختلفة، مستوحى من الأسماك المخططة الملونة
• بحث جديد: لماذا تطور التكاثر الجنسي، وقد حدث بالفعل؟
• النقل الجانبي للجينات: يُسمح بالنسخ في اختبار التطور