A Phosphate-Solubilizing Endophytic Fungus Talaromyces lentulus PF12-1 Promotes Growth and Resveratrol Accumulation in Polygonum cuspidatum

تخيل التربة تحت أقدامنا كمطبخ ضخم يعج بالحركة. في هذا المطبخ، النباتات هي طهاة جائعون يحاولون طهي النمو والدواء، لكنهم غالبًا ما يواجهون مشكلة محبطة: المكون الأهم، وهو الفوسفور، محبوس داخل خزنة. معظم الفوسفور الموجود في الأرض عالق في أشكال لا تستطيع جذور النبات ببساطة فتحها أو أكلها. ولإصلاح ذلك، استعانت الطبيعة بفريق من "مساعدي الطهاة" الصغار غير المرئيين الملقبين بـ "الاندوفيت" (النباتات الداخلية). هذه فطريات تعيش بسعادة داخل جذور النبات، وتعمل كزملاء سكن مخلصين يساعدون مضيفهم في العثور على الطعام وحتى تحسين مزاجه. عندما يكون هؤلاء الزملاء الفطريون بارعين بشكل خاص، يمكنهم تحويل تلك الخزنة المغلقة من الفوسفور إلى وليمة، بل وحتى الهمس بالتعليمات للنبات لصنع المزيد من مركباته الطبية الخاصة. يبحث العلماء دائمًا عن هؤلاء الزملاء الخارقين لأن استخدامهم يمكن أن يساعد المزارعين على زراعة محاصيل أفضل دون إغراق الأرض بالكثير من الأسمدة الكيميائية، والتي يمكن أن تكون فوضوية وضارة.

هذه هي بالضبط القصة وراء دراسة جديدة تتعلق بنبتة طبية قوية تسمى Polygonum cuspidatum (وتسمى غالبًا Huzhat)، وهي مشهورة بصنع مضاد أكسدة قوي يسمى ريزفيراترول (resveratrol). أراد الباحثون معرفة ما إذا كان بإمكانهم العثور على زميل فطري معين يمكنه مساعدة هذه العشبة على النمو بشكل أكبر وصنع المزيد من الدواء. بحثوا في جذور النبات ووجدوا طاقمًا كاملاً من 42 نوعًا مختلفًا من الفطريات. وبعد اختبارهم جميعًا، اختاروا نجمًا بارزًا أطلقوا عليه اسم PF12-1. تبين أن هذا الفطر هو نوع يسمى Talaromyces lentulus. وضع الفريق هذا الفطر تحت الاختبار في تجربة أصيص، حيث منحوه فرصة للعيش مع شتلات العشبة الصغيرة. واكتشفوا أنه عندما عولجت الشتلات بـ "حساء" محدد ومنخفض التركيز من هذا الفطر، لم تنجُ فحسب، بل ازدهرت. نمت النباتات لتصبح أطول، وانفجرت جذورها في الحجم، وبدأت تضخ كميات أكبر بكثير من الريزفيراترول. يبدو أن هذا الفطر الصغير يعمل كمفتاح رئيسي، يفتح مغذيات التربة ويقلب مفاتيح المصنع الداخلي للنبات لإنتاج المزيد من الدواء.

البحث عن الفطر الخارق

تبدأ القصة في مشتل حيث جمع الباحثون جذورًا من نبات Polygonum cuspidatum. كانوا يعلمون أن هذه الجذور هي موطن لمستأجرين فطريين مخفيين. بعد تنظيف الجذور بعناية وزراعة الفطريات المخفية في المختبر، وجدوا 42 نوعًا مختلفًا. كانت المهمة الأولى هي معرفة أي من هذه الفطريات يمكنها القيام بشيء مميز: إذابة الفوسفور. فكر في الفوسفور كجدار من الطوب يعترض طريق النبات نحو الطعام. بعض الفطريات يمكنها تحطيم ذلك الجدار. من بين الـ 42، استطاع تسعة فعل ذلك، لكن واحدًا، المسمى PF12-1، كان البطل الواضح.

ثم لعب الفريق دور المحقق لمعرفة من هو PF12-1 بالضبط. من خلال النظر في شكله تحت المجهر وقراءة شفرته الوراثية (باستخدام ثلاثة "بصمات" جينية مختلفة)، أكدوا أنه نوع يسمى Talaromyces lentulus. كان هذا أمرًا مثيرًا لأن هذا النوع كان معروفًا، لكن لم يدرسه أحد حقًا لمعرفة ما يمكنه فعله للنباتات بعد.

حيل PF12-1 السحرية

قبل وضع الفطر في أصيص مع نبات حقيقي، اختبر العلماء مهاراته في طبق بتري. أرادوا معرفة شيئين: هل يمكنه فتح الفوسفور، وهل يمكنه صنع هرمون نمو يسمى IAA؟

كانت النتائج مبهرة. أثبت PF12-1 أنه ساحر في الفوسفور. فقد أذاب كمية هائلة من فوسفات ثلاثي الكالسيوم، مطلقًا 594.65 ميكروجرام لكل ملليلتر من الفوسفور الذائب، والأفضل من ذلك، أنه كسر الفيتات الكالسيومية (وهي شكل عضوي من الفوسفور) ليطلق 619.00 ميكروجرام لكل ملليلتر. كما أنتج 13.43 ميكروجرام لكل ملليلتر من هرمون IAA، وهو هرمون يخبر النباتات بالنمو. تشير هذه الأرقام إلى أن هذا الفطر هو قوة ضاربة لمساعدة النباتات في الحصول على غذائها.

تجربة الأصيص: إيجاد النقطة المثالية

بعد ذلك، انتقل الباحثون إلى العالم الحقيقي: أصص بلاستيكية مليئة بالتربة وشتلات صغيرة من Polygonum cuspidatum. أرادوا معرفة ما إذا كان الفطر يمكنه بالفعل جعل النباتات تنمو بشكل أفضل. جربوا أربعة تركيزات مختلفة من الفطر، تتراوح من "حساء" قوي جدًا إلى واحد ضعيف جدًا.

وهنا تصبح القصة مثيرة للاهتمام: الأكثر لم يكن الأفضل. التركيزات الأقوى في الواقع لم تساعد النباتات كثيرًا. لكن التركيز الأضعف، وهو معلق بتركيز 0.068 جرام لكل لتر، كان هو الرقم السحري. عندما سُقيت الشتلات بهذا المزيج المحدد، كانت النتائج دراماتيكية مقارنة بالنباتات التي حصلت على الماء العادي فقط:

• الطول: نمت النباتات لتصبح أطول بنسبة 32.16%.
• الجذور: زاد طول الجذور بنسبة 22.41%.
• الوزن: زاد الوزن الجاف للسيقان (الأوراق والسيقان) بنسبة 23.66%، وقفز وزن الجذور بنسبة هائلة بلغت 41.38%.

لكن السحر الحقيقي حدث تحت الأرض. لم يجعل الفطر الجذور أطول فحسب، بل جعلها أكثر كثافة وتعقيدًا. انفجر حجم الجذور بنسبة 199.82%، وزادت المساحة المسقطة بنسبة 133.55%، وزاد عدد فروع الجذور بنسبة 76.26%. وكأن الفطر منح النبات قوة خارقة لاستكشاف التربة بحثًا عن الطعام.

صنع المزيد من الدواء

لم يهتم الباحثون بالحجم فحسب؛ بل أرادوا معرف معرفة ما إذا كانت النباتات تصنع المزيد من دوائها الشهير، الريزفيراترول. وجدوا أن النباتات التي عولجت بمعلق الفطر السحري (0.068 جرام لكل لتر) تحتوي على 20.0% أكثر من الريزفيراترول في جذورها مقارنة بمجموعة التحكم. كما لاحظوا زيادة في البروانثوسيانيدين (proanthocyanidins)، وهو مركب صحي آخر، والذي ارتفع بنسبة 47.15%.

لفهم كيف حدث ذلك، نظر العلماء في جينات النبات. وجدوا أن الفطر رفع مستوى التعليمات الداخلية للنبات لصنع الريزفيراترول. وتحديدًا، زاد من نشاط جينات مثل PcPAL و PcC4H و Pc4CL و PcRS. هذه هي المفاتيح التي تخبر النبات: "هيا، لنصنع المزيد من تلك الأشياء الجيدة!"

ماذا يعني هذا؟

تخلص الدراسة إلى أن Talaromyces lentulus PF12-1 هو مرشح واعد لنوع جديد من "الأسمدة الحيوية". فبدلاً من استخدام الأسمدة الكيميائية التي يمكن أن تؤذي البيئة، قد يستخدم المزارون يومًا ما هذا الفطر لمساعدة Polygonum cuspidatum على نمو جذور أكبر وإنتاج المزيد من الدواء. ومع ذلك، يلاحظ الباحثون بحذر أن هذه كانت تجربة أصيص. وبينما كانت النتائج إيجابية للغاية، فإنهم يقترحون أن هناك حاجة لمزيد من الاختبارات لمعرفة ما إذا كان هذا الفطر سيعمل بنفس الكفاءة في حقل مفتوح كبير. في الوقت الحالي، أظهر هذا الفطر الصغير أنه يمتلك القدرة ليكون مساعدًا كبيرًا لواحد من أهم النباتات الطبية في العالم.