Isolation, 16S rRNA-based Taxonomic Profiling and Potential Roles of Endophytic Bacteria Colonizing Dalbergia reniformis (Koroch)

في أعماق أنسجة النباتات، بعيداً عن الأعين المجردة، تعيش مجتمعات صاخبة من الشركاء المجهريين. هؤلاء هم "الداخلات" (endophytes)، وهي بكتيريا تستوطن الجذور والسيقان والأوراق دون التسبب في أي ضرر. لعقود من الزمن، عرف العلماء أن هؤلاء الجيران غير المرئيين ليسوا مجرد ركاب عابرين؛ بل هم مشاركون فاعلون في حياة النبات. يمكنهم مساعدة عائلاتهم في جمع العناصر الغذائية من التربة، وإنتاج الهرمونات التي تحفز النمو، وحتى الدفاع ضد الأمراض. وتعد هذه العلاقة حجر الزاوية في الزراعة المستدامة، حيث تقدم بديلاً طبيعياً للأسمدة والمبيدات الكيميائية. والسؤال الذي يدفع الباحثين اليوم ليس فقط ما إذا كان هؤلاء المساعدون موجودين، بل أي منهم هو الأكثر فعالية، وأين يمكن العثكم في أكثر بيئات الطبيعة تحدياً.

في قلب بنغلاديش، يقع نظام بيئي فريد وهش يُعرف باسم غابة راتارغول المستنقعية (Ratargul Swamp Forest)، وهي الغابة الوحيدة ذات المياه العذبة في البلاد. هنا، ترتفع مستويات المياه وتنخفض بشكل كبير مع تغير الفصول، مما يؤدي إلى غمر المناظر الطبيعية لعدة أشهر في كل مرة. وتهيمن على هذا العالم المائي شجرة "كورتش" (Koroch)، وهي نوع مرن يزدهر حتى عندما تظل جذوره تحت الماء لنصف العام. ورغم أهميتها البيئية وقدرتها على البقاء في مثل هذه الظروف القاسية، إلا أن العالم المجهري الذي يعيش داخل شجرة الكورتش لم يتم استكشافه من قبل. وقد شرع فريق من الباحثين من جامعة شاهلاال للعلوم والتكنولوجيا وجامعة دافوديل الدولية في الكشف عن هذا التنوع الخفي، آملين في العثية على بكتيريا يمكنها يوماً ما مساعدة النباتات الأخرى على النمو في التربة الصعبة.

بدأ الفريق بجمع عينات من الجذور والسيقان والأوراق من أشجار كورتش سليمة بعناية. ولضمان دراسة البكتيريا التي تعيش داخل النبات فقط، وليس تلك الملتصقة بالسطح، أخضعوا العينات لعملية تنظيف صارمة. قاموا بغسل أجزاء النبات في سلسلة من المحاليل، بما في ذلك الكحول والمبيض، لتعقيم السطح الخارجي. ثم وضعوا قطعاً صغيرة من الأنسجة المعقمة على أطباق غنية بالمغذيات في المختبر. وإذا نمت بكتيريا من هذه القطع، فقد أكد ذلك أنها نشأت من داخل النبات. ومن الحصاد الأولي، عزل الباحثون أربع وثلاثين مستعمرة بكتيرية متميزة. واختاروا ثماني عشرة منها، كل منها يبدو مختلفاً تحت المجهر، لدراستها بالتفصيل.

باستخدام تقنية تقرأ الشفرة الوراثية للبكتيريا، وتحديداً جزء من الحمض النووي يُعرف باسم جين 16S rRNA، حدد العلماء ماهية هذه الميكروبات. وكشفت النتائج عن مجتمع متنوع يمتد عبر عشرة أجناس، أو عائلات، من البكتيريا. وكانت المجموعة الأكثر شيوعاً التي وجدوها هي "بانتويا" (Pantoea)، والتي ظهرت في خمس من العينات الثماني عشرة. وشملت العائلات الأخرى أسماء معروفة مثل "باسيلوس" (Bacillus)، و"سودوموناس" (Pseudomonas)، و"كليبسيلا" (Klebsiella). ولم تكن هذه البكتيريا مقتصرة على جزء واحد من الشجرة؛ بل وُجدت في الجذور والسيقان والأوراق على حد سواء، مما يشير إلى أن شجرة الكورتش تستضيف نظاماً بيئياً داخلياً غنياً ومتنوعاً.

بعد ذلك، أخضع الباحثون هذه العزلات البكتيرية الثماني عشرة لسلسلة من الاختبارات لمعرفة المهارات المفيدة التي تمتلكها. كانوا يبحثون عن سمات تساعد على نمو النبات، مثل القدرة على إنتاج الأمونيا، وهي شكل من أشكال النيتروجين التي يمكن للنبات استخدامها، أو إنتاج "السيدروفورات" (siderophores)، وهي جزيئات تلتقط الحديد من البيئة وتجعله متاحاً للنبات. كانت النتائج مذهلة: كل واحدة من البكتيريا الثماني عشرة أنتجت الأمونيا والسيدروفورات. وهذا يعني أن المجتمع بأكمله الذي درسوه يمتلك القدرة المتأصلة على مساعدة النبات في الوصول إلى العناصر الغذائية الأساسية.

وبعيداً عن هذه السمات العالمية، أظهرت البكتيريا نطاقاً واسعاً من القدرات الأخرى. فمن الناحية العملية، استطاعت معظمها إنتاج أحماض عضوية وإنزيم "الفايتيز" (phytase)، الذي يساعد في تكسير الفوسفور المعقد في التربة. كما استطاعت أغلبية كبيرة منها إذابة الزنك، وهو عنصر غذائي دقيق حيوي، مما يسهل على النبات امتصاصه. واستطاع نحو نصف البكتيريا إنتاج سيانيد الهيدروجين، وهو مركب يمكنه كبح المسببات المرضية الضارة، بينما أنتج البعض الآخر إنزيمات تكسر البروتينات أو الدهون أو الألياف النباتية مثل السليلوز. ولعل الأمر الأكثر بروزاً هو أن كل عزلة أنتجت حمض الجبريليك (gibberellic acid)، وهو هرمون نباتي قوي يحفز النمو وانقسام الخلايا.

وعندما قاس العلماء قوة هذه القدرات، وجدوا أن بعض البكتيريا كانت قوية بشكل خاص. فقد برزت عزلة واحدة، سُميت EB_12، كقوة ضاربة؛ حيث أظهرت أعلى قدرة على إذابة كل من الفوسفات والزنك بين جميع العينات، مع إنتاج مستويات عالية من هرمونات النمو والمركبات المفيدة الأخرى. أما العزلة EB_13، فقد أنتجت أعلى كمية من حمض الجبريليك. وأشار الباحثون إلى أن هؤلاء المتفوقين، إلى جانب عدد قليل من غيرهم، أظهروا مزيجاً من المهارات التي يمكن أن تجعلهم مرشحين ممتازين لاستخدامهم كـ "لقاحات حيوية" (bioinoculants). وهذه اللقاحات هي تحضيرات طبيعية تُطبق على البذور أو التربة لتعزيز صحة النبات دون الحاجة إلى المواد الكيميائية الاصطناعية.

تسلط الدراسة الضوء على أن شجرة الكورتش، التي تزدهر في المياه المتقلبة لغابة راتارغول، تحتضن مجتمعاً من البكتيريا ليس متنوعاً فحسب، بل غنياً وظيفياً أيضاً. وحقيقة أن هذه الميكروبات يمكنها إذابة العناصر الغذائية وإنتاج هرمونات النمو تشير إلى أنها متكيفة جيداً مع الظروف الصعبة والمشبعة بالمياه في المستنقع. وبينما يحذر الباحثون من أن هذه النتائج تستند إلى بكتيريا تمكنوا من تنميتها في المختبر — وهي جزء ضئيل من المجتمع الإجمالي — فإن النتائج واعدة. فهي تشير إلى أن داخلات شجرة الكورتش تحمل إمكانات كبيرة لتطوير أدوات طبيعية جديدة لدعم الزراعة، لا سيما في البيئات التي تكون فيها عناصر التربة الغذائية نادرة أو يصعب على النباتات الوصول إليها. إن هذا العمل يفتح باباً لفهم كيف يمكن تسخير حلفاء الطبيعة المجهريين لمساعدة المحاصيل على الازدهار.