بكتيريا التربة تساعد النباتات على تحقيق التوازن بين النمو والمناعة

 الأراضي المقدسة الخضراء / GHLands

محاولة فهم كيف تعيش الميكروبات في النباتات أو البشر أو الحيوانات ولا تقوم بتنشيط استجاباتنا المناعية

تواجه النباتات تحديًا مستمرًا يتمثل في توزيع الطاقة بين النمو والدفاع، ففي حين يضمن النمو البقاء والتكاثر، يحمي الدفاع من البكتيريا الضارة.

حتى الآن، كافح العلماء لتفسير كيفية تحقيق النباتات لهذا التوازن، وقد كشف باحثون في جامعة برينستون مؤخرًا عن رؤى جديدة حول هذه العملية، وكشفوا عن الدور المدهش الذي تلعبه بكتيريا التربة في إدارة الاستجابات المناعية للنباتات.

كيف تساعد بكتيريا التربة النباتات

نُشرت الدراسة في مجلة Cell Reports ، وتستكشف كيف تؤثر بعض بكتيريا التربة على مناعة النبات، تنتج البكتيريا إنزيمات تقلل من النشاط المناعي في النباتات، مما يسمح لجذورها بالنمو لفترة أطول.

يسلط هذا الاكتشاف الضوء على كيفية تفاعل النباتات مع الميكروبيوم دون إثارة استجابات مناعية مستمرة.

قال جوناثان كونواي، المؤلف الرئيسي للدراسة وأستاذ مساعد في الهندسة الكيميائية والبيولوجية: “إن هذه الدراسة تحاول الوصول إلى سؤال بيولوجي كبير حقًا لا توجد إجابات جيدة عليه – حول كيفية تفاعل الميكروبات مع أنظمة المناعة المضيفة”.

وأضاف ” خطوة صغيرة في اتجاه محاولة فهم كيف تعيش الميكروبات على المضيفين – سواء النباتات أو البشر أو الحيوانات الأخرى – طوال الوقت ولا تقوم بتنشيط استجاباتنا المناعية باستمرار.”

بكتيريا التربة

تحقيق التوازن بين الصحة والنمو

ركز الفريق على نبات أرابيدوبسيس، وهو نبات خردل صغير يستخدم عادة في الأبحاث، وقد قاموا بهندسة شتلات نبات أرابيدوبسيس بحيث تكون حساسة بشكل متزايد للفلاجيلين، وهو بروتين بكتيري ينشط عادة الاستجابات المناعية.

عند التعرض للفلاجيلين، وجهت هذه النباتات طاقتها نحو المناعة، مما أدى إلى توقف نمو الجذور.

ولتحديد البكتيريا التي يمكنها قمع هذه الاستجابة المناعية، قام الباحثون بإدخال 165 نوعًا من البكتيريا إلى الشتلات.

ومن المثير للدهشة أن 41% من هذه العزلات نجحت في قمع استجابة النمو المتقزم، مما سمح للجذور بالنمو لفترة أطول، ومن بين هذه العزلات، ظهرت سلالة Dyella japonica باعتبارها فعالة بشكل خاص.

ينظم الإنزيم استجابة الجهاز المناعي

اكتشف الباحثون، أن البكتيريا الموجودة في التربة والتي تسمى D. japonica تنتج إنزيم يسمى subtilase، وهو إنزيم يحلل بروتين flagellin، وهو البروتين الذي يحفز عادة الاستجابة المناعية للنبات.

من خلال تحلل الفلاجيلين، يمنع السوبتليز الجهاز المناعي للنبات من التنشيط بشكل غير ضروري، مما يسمح للجذور بالنمو دون توقف.

وللتأكد من دور إنزيم السوبتليز، استخدم الفريق تقنيات وراثية وكيميائية حيوية، وقد أثبتت هذه الأساليب أن إنزيم السوبتليز ينظم الاستجابة المناعية للنبات بشكل مباشر، مما يثبت وظيفته الحاسمة.

لقد شكلت عملية تنقية إنزيم السوبتليز تحديات كبيرة، حيث أن الحصول على بروتين نقي أمر ضروري للتحليل التفصيلي.

وقد حدث تقدم كبير عندما اقترح تود نومان، الكيميائي بوزارة الزراعة الأمريكية، تنقية الإنزيم باستخدام خلايا الخميرة بدلاً من البكتيريا.

وقد نجح هذا النهج البديل بشكل فعال، مما سمح للباحثين بالمضي قدما في الدراسات المتقدمة حول خصائص ووظائف الإنزيم.

وقال المؤلف المشارك الأول صامويل إيستمان: “الآن يمكننا إجراء كيمياء باستخدامها، ويمكننا بالفعل النظر إلى هذا في المختبر”.

بكتيريا التربة

الدور المزدوج لبكتيريا التربة

وتشير النتائج إلى أن العديد من بكتيريا التربة قد تستخدم إنزيمات مماثلة للتأثير على نمو النباتات ومناعتها.

وهذا يثير أسئلة مثيرة للاهتمام حول الفوائد المحتملة لكل من النباتات والبكتيريا .

هناك نظرية تقول إن الإنزيمات تمنع مسببات الأمراض من غزو جذور النباتات عن طريق تعطيل أسواطها، أو قد تساعد الإنزيمات مسببات الأمراض على التهرب من الكشف، مما قد يزيد من خطر الإصابة بالأمراض.

وأشار إيستمان إلى أن “هذه الطريقة قد تؤدي إلى قمع مسببات الأمراض وكذلك الجهاز المناعي للنباتات”، ومع ذلك، حذر من المخاطر في التطبيقات الزراعية.

وأضاف “نحن لا نريد المساس بالجهاز المناعي، ولكننا نريد أيضًا أن تحتفظ النباتات بهذه الاستجابة المناعية لحين الحاجة إليها.”

تحسين نمو المحاصيل وصحة النبات

ويفتح عمل الفريق الباب أمام الاستفادة من البكتيريا المفيدة في الزراعة مع تقليل المخاطر إلى أدنى حد، ومع إجراء المزيد من البحوث، قد تؤدي هذه النتائج إلى طرق مبتكرة لتحسين نمو المحاصيل دون المساس بصحة النبات.

وفي الوقت الحالي، يقترب العلماء خطوة واحدة من فهم التوازن الدقيق بين النمو والدفاع في النباتات.

كانت الدراسة عبارة عن جهد جماعي شارك فيه تسعة باحثين من جامعة برينستون، بما في ذلك ستة طلاب جامعيين، ولعبت مشاريع أطروحات التخرج دورًا حيويًا، مثل مشروع أطروحة بريتلي جونز من دفعة 2023.

قامت كايلي فيكو، وهي أحد المساهمين الرئيسيين وخريجة جامعة برينستون، بهندسة سلالات بكتيرية متحولة لتأكيد الأساس الجيني لقمع المناعة.

قالت فيكو وهي تفكر في مساهماتها: “لقد أعجبتني حقًا الطريقة التي كان بها المشروع قائمًا على الاكتشاف”.