اكتشف علماء الأحياء كيفية إجبار النباتات على الدخول في تكافل مع الفطريات

الفوسفور أمر بالغ الأهمية لتنمية المحاصيل والإنتاجية. وفي الوقت نفسه، يمكن للأسمدة الفوسفاتية، إذا تم استخدامها بشكل غير صحيح، أن تلوث الأنهار، بل وتقلل من إنتاجية النبات. تتمثل إحدى طرق توصيل المزيد من الفوسفور إلى النبات دون زيادة استخدام الأسمدة في توصيل الفطريات التكافلية إلى نظام الجذر. ترتبط أفطورتها بالجذور وتشكل الجذور الفطرية. من خلالها، تتبادل الكائنات الحية الموارد. تصبح المفطورات امتدادًا لنظام الجذر، حيث تستخرج الفوسفات والمعادن الأخرى للنباتات. وفي مقابلها، تقوم النباتات بتزويد الفطريات بالكربوهيدرات. لكن إنتاج الكربوهيدرات يتطلب إنفاقًا كبيرًا للطاقة. ولن تدفع النباتات للفطريات كمية فوسفور أكثر مما هو ضروري وكافي. وعندما تكون التربة غنية بالفوسفات، يقوم النبات بقمع التعايش بشكل كامل. في هذه الحالة، تبين أن الفوسفور هو المادة المقيدة، على الرغم من أن الفطر يساهم أيضًا في توصيل النيتروجين والبوتاسيوم والمغنيسيوم.

اكتشف علماء ألمان مفتاحًا جزيئيًا يشير إلى بدء وقمع التعايش. لقد أثبت علماء الأحياء أن معالجة النبات باستخدام هذه الآلية يمكن أن تقنع النباتات بمواصلة علاقتها التكافلية مع الفطريات حتى عندما يكون هناك ما يكفي من الفوسفور في التربة. ونشرت الدراسة في مجلة Science Advances. عمل علماء الأحياء مع نبات البقوليات النموذجي مع جينوم متسلسل بالكامل – لوتس جابونيكوس. تبين أن إنزيم VIH2 هو المنظم الرئيسي للتعايش. وهو يتحكم في إنتاج بيروفوسفات الإينوسيتول، وهي جزيئات تشير إلى كمية الفوسفات في الخلية. عندما يكون هناك نقص في هذه المواد، ينتج VIH2 القليل من بيروفوسفات الإينوزيتول، مما يشير إلى دخول الخلية في وضع المجاعة. يؤدي ذلك إلى تنشيط الجينات المسؤولة عن استخلاص الفوسفات من البيئة الخارجية: تبدأ إعادة هيكلة الجذور ويبدأ النبات في التعايش مع الفطريات. إذا كان هناك ما يكفي من الفوسفات في الخلية، لا تحدث هذه العمليات. قام العلماء بقمع عمل إنزيم VIH2 عندما كان هناك ما يكفي من الفوسفات في وسط النمو. بعد ذلك، تصرفت النباتات كما لو كانت تعاني من نقص الفوسفور: فقد دعمت الاستعمار المكثف للجذور بواسطة الفطريات، والتي عادة ما يتم قمعها في ظل هذه الظروف.

لاحظ الباحثون أن التعايش المستقر لم يكن له تأثير سلبي على نمو وتطور الكائنات الحية المتعايشة. وظلت الهياكل الفطرية في الجذور مستقرة ووظيفية، وامتصت النباتات المزيد من الفوسفات والمواد المغذية الأخرى. إن اكتشاف آلية عمل إنزيم VIH2 قد يسمح للزراعيين بمعالجة الفطريات في المحاصيل على وجه التحديد. ومع ذلك، لا يزال يتعين اختبار نتائج الدراسة ميدانيا.