تبلیغات
مجله گیاهان دارویی - باکتریهای همزیست ریشه گیاهان

امروز:

باکتریهای همزیست ریشه گیاهان

چكیده

استرینهای خاصی از باكتریها در محیط های طبیعی از بیماریهای عفونی در ریشه گیاهان جلوگیری می کنند. اینکه چگونه این باکتریها در مقابل قارچهای بیمارگر محافظت  ایجاد می کنند، به تفضیل در مورد استرینهای کنترل زیستی سودوموناسهای فلوروسنت بررسی شده است. در طول کلنیزاسیون ریشه، این باکتریها آنتی بیوتیکهای ضد قارچی تولید می کنند، مقاومت سیستمیک القایی را در گیاه میزبان تحریک می کنند و یا به طور اختصاصی در فاکتورهای بیماریزای قارچی تداخل ایجاد می کنند.

مقدمه:

سودوموناسهای فلورسنت گروه متنوعی از باكتریها را تشكیل می دهند كه به دلیل تولید رنگدانه سبز مایل به زرد قابل حل در آب از دیگر سودوموناسها قابل تمایز هستند. این باكتریها گرم منفی،‌ كموهتروتروف،‌ میله ای متحرك با یك یا چند تا‍‍ژك قطبی هستند و در گروه  Iهومولوژی RNA ریبوزومی گروهبندی می شوند. این روش گروهبندی تمام اعضای جنس Pseudomonas ssp را بر اساس ارتباط ‍ژنهای rRNA آنها به 5 گروه تقسیم می كند)4(.

این باكتریها در خاك،‌ شاخ و برگ گیاهان،‌ آبهای شیرین آب دریا یافت می شوند و گونه تبپ این گروه Pseudomonas aeroginosa می باشد. سودوموناسهای فلوروسنت به عنوان عوامل بیماریزا در حیوانات،‌ انسان و گیاهان می باشند و همچنین از باكتریهای مهم مشكل ساز در صنایع غذایی محسوب می شوند. از سویی دیگر بسیاری از این باكتریها دارای پتاسیل بالایی برای به كارگیری در كنترل بیولو‍ژیك می باشند. بیشتر آنها هوازی محسوب می شوند اما بعضی از استرینها  تنفس بی هوازی هم دارند كه در آن از نیترات به عنوان گیرنده نهایی الكترون استفاده می كنند و یا از تخمیر آرژنین استفاده می كنند. در بعضی منابع این دسته از باكتری ها و باكتریهای مشابه اینها را تحت عنوان Pseudomonade می نامند. برای مثال باكتریهای مربوط به جنسهای Burkholderia‌، Ralstonia، Acidovorax، Comomonas قبلاً در جنس سودوموناس بودند ولی در حال حاضر به صورت جنس طبقه بندی شده اند و علی رغم این تقسیم بندی به صورت عمومی Pseudomonas نامیده می شوند(11).

توجه پ‍ژوهشگران به این دسته از باكتری ها با مطالعات انجام یافته توسط Burr و همكاران در سال 1970 شروع شد(6). این پژوهشگران گزارش كردند كه استرینهایی از   P. flurescense و P. putida كه بر روی قطعه های بذری سیب زمینی به كار رفته بودند،‌ رشد سیب زمینی را افزایش دادند. این یافته ها بعدها در كارهای دیگر در چغندرقند و تربچه هم مورد تایید قرار گرفت(31و16). Schorth و Hancock گزارش كردند كه سودوموناسهای فلورسنت محصول سیب زمینی را تا 5-33 درصد،‌ در چغند 4-8 تن در هكتار،‌ و وزن ریشه چغندر را 60-144 درصد افزایش می دهند(29). این استرینها و استرینهای مشابه ریزوباكترهای افزایش دهنده رشد(PGPR) نامیده شدند. وا‍ژه Rhizobacteria برای باكتریهایی ابداع شد كه قادر هستند به طور شدیدی ریشه ها را كلنیزه كنند.(28و29).

 

تولید آنتی بیوتیك در سودوموناسهای فلوروسنت

یكی از عوامل مهم در ایجاد خاصیت بیوكنترلی در باكتریهای سودومناس فلوروسنت كه به عنوان یكی از عوامل مهم در كاهش بیماری توسط آنها شناخته شده است تولید آنتی بیوتیك می باشد. تركیباتی نظیر فنازین ها(32) پایولوتئورین (14) پیرولنیترین (13) تروپولون (20) پایوسیانین و 2و4 دی استیل فلوروگلوسینول(30) تماماً از خاك سودوموناسهای فلوروسنت جداسازی شده اند. بعضی از این تركیبات همچون تروپولون  علیه طیف وسیعی از باكتریها و قارچها موثر هستند(20) بدیهی است چنین تركیباتی در كنترل بیولوژیك نقش كمتری دارند. چون عوامل مفید را هم از بین می برند. Howell و Stipanovic به این نتیجه رسیدند كه پایولوتئورین ناشی از Pseudomonas fluorescens تیمار موثری برای محافظت گیاهچه های پنبه در مقابل مرگ گیاهچه ناشی از Pythium می باشد(14). در صورتی كه پیرولنیترین تولید شده از سودوموناس دیگر برای محافظت در مقابل Rhizoctonia solani موثرتر است(13).

نحوه اثر این آنتی بیوتیكها به طور كامل مشخص نشده است. فنازینها كه آنالوگهای كوآنزیمهای فلاوین هستند،‌ از انتقال الكترون جلوگیری می كنند و مشخص شده است كه اثرات تخریبی مختلفی روی سلولهای جانوران می گذارند(25). در حضور فریپایوچلین فنازین ها تولید رادیكالهای هیدروكسیل را كاتالیز می كنند كه لیپیدها و دیگر ماكرومولكولها را تخریب می كنند(5). قابل توجه است كه كاهش فنازین-1- كربوكسامید می تواند منجر به رها شدن یونهای Fe2+ قابل حل از یونهای Fe3++(OH)،‌ در PH خنثی شود. این پدیده احتمال نقش داشتن فنازین ها در تحرك آهن در خاك را نشان می دهد(12). 2و4-دی استیل فلوروگلوسینول(phl)‌ باعث تخریب غشای سلولی Pythium spp. می شود و بازدارنده زئوسپور آن می باشد(7). غلظتهای بالای این آنتی بیوتیك خاصیت گیاهسوزی دارد(23). نحوه اثر پایولوتئورین شناخته نشده است. پیرولنیترین به عنوان بازدارنده زنجیره تنفسی قارچ شناخته شده است(33). این آنتی بیوتیك به عنوان قارچكش در كشاورزی توسعه پیدا كرده اند(18). لیكوپپتیدهای حلقوی كه از جمله مواد و توكسینهای فعال در بیوكنترل در سودوموناسهای آنتاگونیست هستند خواص كاهنده كشش سطحی (Surfactant)‌ هستند و با ورود به غشاهای حیاتی سلولها عملكرد آنها را به هم می ریزند. در نتیجه این تركیبات علیه طیف وسیعی از باكتریها و قارچ ها اثر منفی دارند(21). تولید سیانید هیدروژن توسط بعضی از اینها ممكن است در فعالیت آنها نقش داشته باشد. Viosard و همكاران (1989) گزارش كردند كه استرین جهش یافته CHAO كه فاقد ‍ژن تولید كننده HCN بود قدرت خود در كاهش بیماری پوسیدگی سیاه ریشه توتون را از دست داد. یونهای سیانید مشتق شده از HCN ممانعت كننده های قوی بسیاری از متالوآنزیم ها،‌ و بخصوص سیتوكروم C اكسیدازهای دارای یون مس هستند.

نقش سیدروفور در كاهش بیماری

اكثر میكروارگانیسم های هوازی و بی هوازی اختیاری با تولید مواد خارج سلولی انتقال دهنده آهن سه ظرفیتی كه دارای وزن مولكولی كمی هستند (500-1000 كیلودالتون)،‌ نسبت به استرس كمبود آهن پاسخ می دهند، كه این مواد به صورت انتخابی و با میل تركیبی بالایی با آهن سه ظرفیتی (fe+) كمپلكس تشكیل می دهند. عملكرد سیدروفورها فراهم كردن آهن برای سلول است. آهن در خاك عمدتاً به دو فرم فرو(fe2+)‌ و فریك (fe3+)‌ دیده می شود. فرم فریك حلالیت بسیار كمی در آب دارد و بنابراین فرمی كه مورد استفاده موجودات است فرو می باشد. هر چند در شرایط اسیدی و كمبود اكسیژن در خاك فرم فرو افزایش می یابد ولی این میزان به حدی نیست كه آهن مورد نیاز میكروارگانیسم ها را تاًمین كند. بنابراین میكروارگانیسم ها با ترشح سیدروفور این مشكل را رفع می كنند. سیدروفورها بعد از باند شدن با fe3+ آنرا برای موجود تولید كننده آن و یا میكروارگانیسم های دیگری كه دارای گیرنده های پروتئینی اختصاصی جذب این كمپلكس هستند،‌ قابل جذب می سازند. آهن موجود در كمپلكس تشكیل شده بعد از ورود به سلول در اثر آنزیم های احیاء كننده (ردوكتازها) احیا می شود و از كمپلكس جدا شده و به مصارف سلولی می رسد. سنتز سیدروفورها و جذب آهن به صورت بسیار دقیقی توسط سلول كنترل می شود( 19).

سیدروفورها را می توان به دو گروه عمده Hydroxamate و Catecholate/Phenolate تقسیم بندی كرد كه این دو دسته میل تركیبی متفاوتی نسبت به فریك دارند. فنولاتها قدرت تشكیل كمپلكس بالاتری دارند اما ثبات آنها به شدت تحت تاثیر PH محیط است(22). در عوض كمپلكس هیدروكساماتها ثبات بالاتری دارند(26).

سودوموناسهای خاكزی سیدروفورهایی به رنگ سبز مایل به زرد قابل حل در آب و با خاصیت فلوروسنت،‌ از هر دو گروه هیدروكسامات و فنولات تولید می كنند. نقش این سیدروفورها در قدرت بیوكنترلی سودوموناسهای فلورسنت یا همان پایووردین از سالها پیش شناخته شده بود.(8) برای اولین بار در سال 1970 نقش این تركیب در افزایش رشد گیاهی و كاهش بیماری در استرینهای تولید كننده آنها نشان داده شد(2و16). البته اولین اثبات واقعی این مفهوم در 1980 توسط Kloepper و همكاران(17) منتشر شد. در این كار سیدروفور فلوروسنت از استرین B10 استخراج شد و نقش آن در كاهش بیماری نشان داده شد.

نقش مقاومت القایی

 از دیگر مكانیزمهای سودوموناسهای فلوروسنت در كاهش بیماری القای مقاومت سیستمیك در گیاه علیه بیماریهای ریشه و همچنین بیماریهای هوازاد گیاهان است. وی‍ژگی غیر اختصاصی مقاومت القایی افزایش اساسی سطح  مقاومت القایی را در گیاهانی مثل میخك،‌ خیار،‌ تربچه، توتون و Arabidopsis تحریك می كنند چرا كه با تلقیح این استرینها ظرفیت دفاعی گیاه در مقابل آلودگی افزایش می یابد. اگرچه بعضی استرینها مقاومت القایی را در گیاهان مختلف به طور یكسانی تحریك می كنند،‌ بعضی از استرینها حالت تخصص یافتگی دارند و حتماً بایستی یك شناخت اختصاصی بین باكتری و گیاه در سطح ریشه صورت گیرد. در میخك،‌ تربچه و Arabidopsis زنجیره كناری
 
O-antigen لیپوپلی ساكارید غشای خارجی باكتریایی،‌ به عنوان تعیین كننده تحریك مقاومت عمل می كنند،‌ اما دیگر ویژگیهای باكتریها نیز در این تحریك نقش دارند. سیدروفورهای سودوباكتین در تحریك مقاومت توتون و Arabidipsis نقش دارد، در سیدروفور سودومونین ممكن است تحریك مقاومت وابسته به سالیسیلیك اسید در تربچه را توضیح دهد. اگرچه سالیسیلیك اسید به طور مشابهی مقاومت اكتسابی سیستمیك (SAR)‌ را تحریك می كند، این ماده در بیشتر استرینهای ریزوباكتریایی برای تحریك مقاومت سیستمیك (ISR) ضروری نمی باشد. درعوض مقاومت سیستمیك القا شده به واسطه ریزوباكتریها وابسته به جاسمونیك اسید(JA)‌ و سیگنال اتیلن در گیاه صورت می گیرد(34).

كلنیزاسیون ریشه های Arabidopsis‌ توسط باكتری تحریك كننده مقاومت Pseudomonas florescence WCS417r، گیاه را از آلوده شدن نسبت به پاتوژنهای مختلفی از قبیل باكتریهای برگی Pseudomonas syingae pv. Tomato و Xanthomonas campestris pv. armoraciae، و بیمارگر ریشه Fusarium oxysporum، بیمارگر قارچی برگ Peronospora parasitica‌ مقاوم ساخت. موتانتهایی از باكتری P.florescence CHAO كه قادر به تولید Phl نبودند نسبت به استرینهای وحشی اثر كمتری در محافظت Arabidopsis در مقابل قارچ Peronospora parasitica بودند و كاربرد Phl در ریشه ها مقاومت القایی نسبت به این پاتوژن را تحریك كرد(15). در استرین دیگری از سودوموناس به نظر می رسد تركیب Pyocyanin و Pyochelin‌ برای تحریك مقاومت در گوجه فرنگی موثرتر باشد(2).  همچنین ماده فرار 2و3-بوتاندیول كه تحریك كننده رشد گیاهی است و در Bacillus پیدا شده است می تواند ISR‌ را ایجاد كند(27). در بعضی از استرینهای سودوموناسهای فلوروسنت هم جداسازی الیسیتورهای ISR خاص مشكل می باشد. بنابراین تصور بر این است كه تركیبی از اثرات سیدروفورها،‌ O-antigenها و فلاژلین ممكن است مسوول اثر ISR باشند(3و34).


نوشته شده در : پنجشنبه 16 مهر 1388  توسط : وحید فلاح زاده.    نظرات() .