Apple rootstock (Malus domestica) root amendment with Sphingomonas strains affected host microbiota below and aboveground

في العالم الخفي تحت لحاء الشجرة وفي التربة التي تحتضن جذورها، تعمل مدينة صاخبة من الحياة المجهرية باستمرار. هذه المجتمعات من البكتيريا والفطريات، المعروفة باسم الميكروبيوم، ليست مجرد مسافرين؛ بل هي مشاركون نشطون في صحة النبات. يعمل بعضها كحراس، يصدون الأمراض، بينما يساعد البعض الآخر النبات على امتصاص العناصر الغذائية أو تحمل الجفاف. لعقود من الزمن، اعتمد المزارعون على الرشات الكيميائية لحماية المحاصيل من الآفات والآفات الفطرية، لكن الدفع نحو الزراعة المستدامة وجه الاهتمام نحو هؤلاء الحلفاء الميكروبيين الطبيعيين. الهدف هو فهم كيفية تشجيع السكان المفيدين في البيئة الداخلية والخارجية للنبات للتفوق على الميكروبات الضارة، مما يخلق درعاً طبيعياً ضد الأمراض دون مدخلات اصطناعية.

هذا التوازن الدقيق بالغ الأهمية بشكل خاص لبساتين التفاح، حيث يشكل مرض فطري مستمر يُعرف باسم "تآكل التفاح الأوروبي" تهديداً خطيراً. يتسبب هذا المرض، الذي ينتج عن ممرض يدخل عبر جروح في الخشب، في قتل الأشجار الصغيرة وتعفن الثمار، مما يؤدي إلى خسائر اقتصادية كبيرة. تعتمد الإدارة التقليدية على مبيدات الفطريات، لكن العديد من المواد الكيميائية الفعالة يتم حظرها في أوروبا، مما يترك المزارعين بخيارات قليلة. كشفت ملاحظات حديثة في البساتين عن نمط مثير للاهتمام: الأشجار التي تستضيف طبيعياً مستويات أعلى من مجموعة محددة من البكتيريا تسمى "Sphingomonas" في ندبات أوراقها — وهي العلامات الصغيرة التي تتركها الأوراق عند سقوطها — كانت تميل إلى المعاناة بشكل أقل من التآكل. أثار هذا الارتباط تساؤلاً: هل يمكن لإدخال هذه البكتيريا عمداً إلى جذور الشجرة أن يساعد في حماية النبات بأكمله، حتى الأجزاء البعيدة جداً فوق الأرض؟

شرع باحثون في المعهد الوطني للعلوم الزراعية في اختبار هذه الفكرة باستخدام أشجار تفاح صغيرة مطعمة على أصل جذري معروف باسم 'M9'. قاموا بإعداد خليط من سلالات "Sphingomonas" المعزولة من أشجار التفاح وغمسوا جذور النباتات الصغيرة في هذا المحلول البكتيري قبل زراعتها مباشرة في أوانٍ مملوءة بالسماد. صُممت التجربة لمعرفة ما إذا كان بإمكان هذه البكتيريا المضافة أن تستقر داخل الشجرة، وتعزز نموها، وتغير المجتمعات الميكروبية التي تعيش في الجذور، والتربة المحيطة بها، وندبات الأوراق في الأغصان. راقب الفريق الأشجار لمدة ستة أشهر، حيث قاموا بقياس الطول والسمك، ثم جمعوا بعناية عينات من الجذور، والتربة الملتصقة بها، وندبات الأوراق في كل من أعلى وأسفل الفروع لتحليل السكان الميكروبيين.

كشفت نتائج هذه التجربة التي استمرت ستة أشهر عن انفصال مفاجئ بين وجود البكتيريا المضافة والتغييرات التي سببتها. وخلافاً للأمل في أن تستعمر بكتيريا "Sphingomonas" المضافة الشجرة وتتكاثر، وجد الباحثون أن الوفرة النسبية لهذه البكتيريا المحددة لم تزد في الجذور، أو التربة، أو ندبات الأوراق. لم تظهر الأشجار نفسها أي فرق في النمو، أو الطول، أو الوزن مقارنة بمجموعة الضبط التي تلقت الماء فقط. في الجوهر، لم تتمكن البكتيريا المضافة من إنشاء موطئ قدم دائم ومهيمن داخل أنسجة النبات.

ومع ذلك، لم تنتهِ القصة عند عدم وجود تأثير. فبينما لم تبقَ البكتيريا المضافة بأعداد كبيرة، إلا أن إدخالها المؤقت أدى إلى إعادة ترتيب شاملة للمجتمعات الميكروبية الموجودة في النبات. في التربة وعلى الجذور، تغير تنوع الحياة الميكروبية، رغم أن الهيكل العام للمجتمع ظل مشابهاً إلى حد كبير لمجموعة الضبط. حدث التأثير الأكثر لفتاً للانتباه فوق سطح الأرض؛ حيث غير العلاج بشكل كبير المجتمعات الفطرية التي تعيش في ندبات الأوراق. وبالتحديد، انخفضت الوفرة النسبية لعدة أجناس فطرية معروفة بأنها ممرضة للنبات — بما في ذلك Gnomoniopsis، وPhomopsis، وIlyonectria، وNeofabraea، وPerenniporia — في ندبات أوراق الأشجار المعالجة.

تشير هذه النتيجة إلى ظاهرة حيث يمكن للتطبيق الأولي لميكروب ما أن يعيد تنظيم النظام البيئي الميكروبي المقيم دون الحاجة إلى استمرار الميكروب المُدخل إلى أجل غير مسمى. يبدو أن وجود سلالات "Sphingomonas"، حتى لو كان عابراً، كان كافياً لتغيير التوازن التنافسي بين الفطريات التي تعيش في ندبات الأوراق، مما أدى إلى كبح تلك التي تسبب الأمراض. تسلط هذه الدراسة الضوء على أن العلاقة بين النبات والميكروبيوم الخاص به معقدة وديناميكية؛ إذ يمكن للتدخل المؤقت عند الجذور أن يرسل تموجات عبر النظام، مما يغير تكوين المجتمع في أجزاء بعيدة من النبات.

لاحظ الباحثون أن ندبات الأوراق في أعلى الأغصان، التي تشكلت بعد زراعة الأشجار، كانت ذات ملفات تعريف ميكروبية مختلفة عن الندبات الأقدم في القاعدة، والتي تشكلت في المشتل قبل بدء التجربة. أكد هذا الاختلاف كيف أن عمر النسيج وتعرضه للبيئة يشكلان المجتمع الميكروبي. وبالرغم من عدم الاستعمار طويل الأمد للبكتيريا المضافة، فإن تقليل مسببات الأمراض الفطرية المحتملة في ندبات الأوراق يقدم تفسيراً منطقياً لسبب إظهار الأشجار ذات المستويات العالية طبيعياً من "Sphingomonas" مقاومة أفضل للتآكل في الحقول.

في النهاية، يوضح هذا العمل أن هندسة الميكروبيوم في المحاصيل المعمرة مثل التفاح ممكنة، حتى عندما لا تصبح الميكروبات المُدخلة مقيمين دائمين. تتحدى هذه الدراسة الافتراض القائل بأن الميكروب المفيد يجب أن يستعمر النبات بأعداد كبيرة ليكون فعالاً. بدلاً من ذلك، تقترح أن التفاعل الأولي يمكن أن يحفز سلسلة من التغييرات التي تصب في مصلحة صحة النبات. وبينما تظل الآليات المحددة التي تؤثر بها هذه البكتيريا المطبقة على الجذور في الفطريات الموجودة في ندبات الأوراق غير مفهومة تماماً، فإن النتائج تفتح مساراً جديداً لإدارة أمراض الأشجار. ومن خلال التلاعب بالبيئة الميكروبية عند الزراعة، قد يكون من الممكن إحداث حالة من المقاومة في الشجرة تحميها من المرض في وقت لاحق من الموسم، مما يقدم استراتيجية واعدة وغير كيميائية لإنتاج التفاح المستدام.