مقاله کنترل زیستی بیمارگرهای گیاهی خاک‌برد به وسیله سودوموناس‌های فلورسنت

بخشی از مقاله

چکیده

سویههای خاصی از باکتریها در محیطهای طبیعی معینی از وقوع بیماریهای ریشه گیاهان ممانعت به عمل می آورند. چگونگی اکتساب این عملکرد حفاظتی در مقابل قارچ های بیمارگر گیاهی به صورت جزئی در سویههای مختلف سودوموناسهای فلورسنت عامل کنترل زیستی تجزیه و تحلیل شده است. این باکتریها در طی کلونیزه کردن ریشه، آنتیبیوتیکهای ضدقارچی تولید میکنند که مقاومت سیستمیک را در گیاهان القاء نموده و یا به طور اختصاصی با فاکتورهای بیماریزایی در قارچها مداخله مینمایند.

.1 مقدمه

تصور جایی بر روی کره زمین که علیرغم حضور عوامل بیماریزا، بیماریهای گیاهی مسری وجود نداشته باشد، غیرمحتمل نیست. چنین مکان های استثنایی به عنوان خاکهای بازدارنده شناخته میشوند. در خاکهای بازدارنده، ریشه گیاهان در مقابل بیماریهایی که به طور معمول به وسیله ریزسازوارههای بیمارگر خاکبرد ایجاد میشوند، محافظت میگردند. اغلب این بیمارگرها، قارچها هستند، اما برخی از باکتریها و نماتودهای بیماریزا نیز در خاکهای معینی سرکوب میشوند. پرسش اصلی در این زمینه این است که عملکرد بازداری از بیماری چگونه است و آیا یک بیمارگر خاص مورد هدف قرار میگیرد یا به طور کلی تمامی بیمارگرها

.2 یک تئوری اولیه

نخستین بار، چگونگی رویداد کنترل زیستی بیمارگرهای خاکبرد در سال 1963 توصیف گردید . - 7 - اعتقاد بر این بود که ریزسازوارههای آنتاگونیست میتوانند با بیمارگرهای گیاهی، به ویژه از طریق تولید ترکیبات آنتیبیوتیک، رقابت نمایند. در خاک، این آنتیبیوتیکها میتوانند در مراحل نموی بیمارگر، برای مثال طی تندش هاگ و آغاز آلودگی ریشه، مداخله نمایند. از آنجایی که بسیاری از ریزسازوارههای خاک - برای مثال گونههای Streptomyces، Bacillus و - Pseudomonas به عنوان تولیدکنندگان عالی آنتیبیوتیکها در شرایط درون شیشهای شناخته شدهاند، این توصیف، توجه فراوانی را به خود جلب نمود

.3 ریزوباکتریهای افزایش دهنده رشد گیاه

ریزوباکتریهای افزایش دهنده رشد گیاه - 1PGPR - از طریق کلونیزه کردن ریشههای گیاه در یک رقابت، رشد گیاه را تحریک نموده و/یا وقوع بیماریهای گیاهی را کاهش میدهند. ساز و کار دخیل در فرآیند افزایش رشد گیاه، میتواند شامل تثبیت نیتروژن، قابل حل نمودن فسفات، تولید هورمونهای گیاهی - نظیر اکسین و سیتوکینین - و محرکهای رشد فرار - نظیر اتیلن - باشد.

در برخی از PGPRها، که گاهاً آفتکشهای زیستی نامیده میشوند، جنبه کنترل زیستی کاملاً مشهود است. این PGPRها که عمدتاً به گونه های Pseudomonas و Bacillus تعلق دارند، به عنوان آنتاگونیست بیمارگرهای شناخته شده ریشه عمل میکنند PGPR . - 11 - های عامل کنترل زیستی به منظور دارای بودن اثرات سودمند بر گیاه، بایستی در تعداد کافی بر روی ریشه موجود باشند. در مورد Pseudomonas spp.، غلظتی از زادمایه که به منظور کلونیزاسیون ریشه گیاه بایستی حاصل گردد، 105-106 واحد تشکیل دهنده کلونی بر گرم ریشه بایستی برآورد شده است.

این میزان، گیاهان را در مقابل Gaeumannomyces tritici و Pythium spp. محافظت میکند - . - 5 برخی از محققان معتقدند که ریزوباکتریهای سریع الرشد در کسب منابع کربن و انرژی با بیمارگرهای قارچی رقابت میکنند که یک اساس برای کنترل زیستی است. به طور کلی، سه نحوه عمل اصلی برای عملکرد کنترل زیستی ریزوباکتریها شناخته شده است: آنتیبیوز؛ مقاومت سیستمیک القایی؛ و برهمکنشهای اختصاصی و غالباً پیچیده بیمارگر-آنتاگونیست

در ذیل، این ساز و کارها با تأکید بر یک گروه مطالعه شده از PGPRهای عامل کنترل زیستی شامل سودوموناس های فلورسنت معینی که دامنهای از محصولات گیاهی را در مقابل بیمارگرهای ریشه مهم و اغلب قارچی محافظت میکنند، تشریح می گردند.

.4 آنتیبیوتیکهای تولید شده به وسیله سودوموناسهای عامل کنترل زیستی

ویژگی فلورسانس در سودوموناس های فلورسنت به دلیل تولید رنگدانه قابل انتشار خارج سلولی است که پایووردین2 یا سودوباکتین3 نامیده میشود . این رنگدانه دارای میل بالایی برای جذب یونهای Fe3+ است و در سویه تولید کننده، به عنوان یک سیدروفور - حمل کننده آهن - به شمار میرود. ترکیب پایووردین و آهن با یک گیرنده اختصاصی در غشای خارجی سلول باکتری تعامل میکند. این گیرنده در سویههای تولید کننده و در برخی از سویههای غیرتولید کننده حضور دارد. در نتیجه، Fe3+ به داخل سیتوپلاسم انتقال یافته و به Fe2+ تبدیل می شود. در خاکهای هوادهی شده، خنثی یا قلیایی، Fe3+ به میزان اندکی قابل حل میباشد.

در محیط کشت های تهی شده از آهن در شرایط درون شیشهای، گونه های Pseudomonas تولید کننده پایووردین از رشد باکتریها و قارچهایی با سیدروفورهای غیرمؤثر ممانعت میکنند. بر این اساس، تحت شرایط معین، پایووردین به عنوان یک آنتیبیوتیک قابل انتشار با ویژگی باکتری ایستایی و قارچ ایستایی عمل میکند. به نظر میرسد که سویه های تولید کننده سیدروفورهای کارامد، نظیر پایووردین، با ریزسازوارههایی که دارای سیستمهای غیرمؤثر برای جذب آهن هستند، رقابت مینمایند.

بر اساس فرضیه سیدروفور، عملکرد PGPRها در جهت افزایش رشد گیاه از طریق محروم ساختن بیمارگرها از آهن روی می دهد. برای مثال، در شرایط گلخانه، Pseudomonas putida سویه B10 پژمردگی فوزاریومی را سرکوب نمود؛ اما این عملکرد، پس از غنی سازی خاک با آهن که باعث ممانعت از تولید سیدروفور در این سویه میشود، از دست رفت

پیوکلین4، سیدروفور دیگری در سودوموناسها، به عنوان یک آنتیبیوتیک ضد قارچی شناخته شده است. هرچند که هنوز روشن نیست که ساز و کار این سیدروفور تخلیه آهن است یا خیر. از آنجایی که پیوکلین یک کلاته کننده ضعیف آهن است، اما یک کلاته کننده قوی برای Cu2+ و Zn2+ محسوب میشود، ممکن است قادر باشد برخی از قارچها را از مس و/یا روی محروم سازد. این مثال نشان میدهد که تفاوت بین سیدروفورها و آنتیبیوتیک های معمول، روشن نیست. اگرچه سیدروفورها بخشی از متابولیسم اولیه هستند - به این دلیل که آهن یک عنصر ضروری است - ، گاهی به عنوان آنتیبیوتیک - که به طور معمول به عنوان ثانویه در نظر گرفته میشوند - نیز عمل میکنند

اغلب سویههای عامل کنترل زیستی Pseudomonas spp.، با اثر اثبات شده در زیستسنجیهای گیاهی، یک یا چند آنتیبیوتیک تولید میکنند که با سیدروفورهای معمول بی ارتباط هستند. در شرایط درون شیشهای، این آنتیبیوتیکها از فعالیت بیمارگرهای قارچی ممانعت میکنند، اگرچه قادرند در مقابل بسیاری از باکتریها و در برخی موارد در مقابل موجودات عالی نیز فعال باشند. شش گروه از ترکیبات آنتیبیوتیک که شواهد آزمایشگاهی عملکرد آنها را در کنترل زیستی بیماریهای ریشه حمایت میکند عبارتند از: پیولوتئورین1، فلوروگلوسینول2، فنازین3، پیرول نیترین4، لیپوپپتیدهای حلقوی5 و سیانید هیدروژن.6 به استثنای پیرول نیترین، این ترکیبات آنتیبیوتیکها در مقابل قارچها به صورت انتخابی عمل میکنند

.5 نقش آنتیبیوتیکها در بازداری از بیماری

مشارکت ترکیبات آنتیبیوتیک در کنترل زیستی بیماریهای ریشه از طریق پنج مرحله آزمایش به اثبات رسیده است. در مرحله نخست، متابولیتهای ثانویه قابل انتشار یا فرار که به وسیله سویههای عامل کنترل زیستی در شرایط درون شیشه ای تولید میشوند، خالص سازی شده و از نظر شیمیایی شناسایی شدند. سپس، بازداری از فعالیت ریزسازوارههای حساس به وسیله ترکیبات خالص در شرایط درون شیشه ای مورد تأیید قرار گرفت.

در مرحله دوم، ترکیب آنتیبیوتیک مورد نظر در ریزوسفر، که با سویه تولید کننده مایهزنی شده بود، ردیابی شد و کمیت آن تعیین گردید. در مرحله سوم، ژنهای تنظیمی ساختاری و پایهای که کنترل کننده بیان ترکیبات آنتیبیوتیک بودند، شناسایی و تعیین خصوصیت شدند. در مرحله چهارم، سویههایی با توان اندک برای کنترل زیستی توانستند فعالیت کنترلی را از طریق انتقال ژنهای بیوسنتزی آنتیبیوتیک کسب نمایند. در مرحله آخر، بیان ژن های بیوسنتز آنتیبیوتیک در ریزوسفر از طریق استفاده از ژنهای گزارشگر قابل ردیابی که به ژنهای ساختاری بیوسنتز آنتیبیوتیک اتصال یافته بودند، به سهولت مشاهد شد

آیا تولید آنتیبیوتیک یک مزیت انتخابی برای سویه تولید کننده به همراه دارد؟ در مورد سیدروفورها، که به عنوان آنتیبیوتیکهای احتمالی در نظر گرفته میشوند، مزیت انتخابی به آسانی از طریق قرار دادن کشت باکتری در محیطی که حاوی یک کلاته کننده آهن است تأیید می گردد. تنها آن دسته از باکتریهایی که کلاته کننده آهن کارامدتری تولید میکنند قادرند در این محیط رشد یابند.

در خاکهای طبیعی، سودوموناسهای فلورسنت که phenazines تولید میکنند دارای یک مزیت ماندگاری رقابتی نسبت به جهش یافتههای غیرتولید کننده هستند. در صورتی که فنازینها آهن را در خاک جا به جا نمایند، میتوانند به عنوان سیدرفورهای ثانوی در نظر گرفته شوند که برازش اکولوژیکی بیشتر تولید کنندههای فنازین را نشان میدهد

اگرچه این احتمال میرود که آنتیبیوتیکها به سویههای تولید کننده در دفاع از کنجهای اکولوژیکی آنها در مقابل رقابت کنندگان حساس به آنتیبیوتیک در ریزوسفر کمک مینمایند، اما مدارک آزمایشگاهی اندکی برای حمایت از این فرضیه وجود دارد