Metabolomic characterization and plant growth-promoting traits of Cytobacillus oceanisediminis PP10 isolated from the Plantago ovata rhizosphere

في العالم الخفي تحت أقدامنا، لا يعد التربة مجرد تراب؛ بل هي مدينة صاخبة بالحياة المجهرية حيث تشارك البكتيريا والنباتات في تبادل مستمر وصامت. بعض هؤلاء السكان الصغار هم جيران نافعون، يُعرفون باسم بكتيريا جذور النباتات المحفزة للنمو. تعيش هذه الكائنات في المنطقة المتاخمة لجذور النباتات، والتي تُسمى "الريزوسفير"، وتساعد مضيفيها على الازدهار عبر فتح الأبواب أمام المغذيات التي لولاها لبقيت محبوسة في التربة، وإنتاج هرمونات طبيعية تشجع النمو، والدفاع عن النبات ضد الفطريات الضارة. هذه الشراكة حيوية بشكل خاص في البيئات القاسية حيث يمكن للملوحة في التربة أو الجفاف أن تخنق المحاصيل. ويتطلع المزارعون والعلماء بشكل متزايد إلى هؤلاء الحلفاء الطبيعيين لاستبدال أو تقليل الحاجة إلى الأسمدة والمبيدات الكيميائية، بحثاً عن وسيلة لزراعة غذاء يكون منتجاً ولطيفاً على البيئة في آن واحد.

في دراسة حديثة، وجه الباحثون اهتمامهم إلى عشب معين مقاوم للجفاف يسمى "Plantago ovata"، المعروف على نطاق واسع باسم "إسابغول" أو "السيليوم"، وهو محصول حيوي في المناطق شبه القاحلة في غرب الهند. كان الهدف هو العثور على ميكروب محلي يمكنه مساعدة هذا النبات القيم على البقاء والازدهار في الظروف الصعبة. ومن التربة العالقة بجذور نباتات الإسابغول السليمة في منطقة سوريندرانجار، عزل الفريق سلالة جديدة من البكتيريا، أطلقوا عليها اسم PP10. ومن خلال التحليل الجيني الدقيق، حددوا هذا الميكروب كنوع من نوع Cytobacillus oceanisediminis، وهو نوع لم يتم توثيقه سابقاً لقدرته على مساعدة هذا المحصول تحديداً. وقد شرع الباحثون في تحديد ما إذا كانت هذه البكتيريا مجرد مقيم سلبي أم شريك نشط قادر على تعزيز صحة النبات ومكافحة الأمراض.

بدأ الاستقصاء باختبار قدرة البكتيريا على محاربة المسببات المرضية الفطرية، والتي تعد سبباً رئيسياً لخسارة المحاصيل في جميع أنحاء العالم. فعندما وضع الباحثون السلالة البكتيرية الجديدة بجانب فطر ضار يسمى "Fusarium" في طبق بتري، عملت البكتيريا كدرع واقٍ؛ إذ توقف نمو الفطر في مكانه، وتقلص بنسبة 60 بالمائة مقارنة بنمو الفطر بمفرده. وقد أشار ذلك إلى أن البكتيريا كانت تفرز مواد تثبط العدو بشكل نشط. ولفهم كيفية حدوث ذلك، حلل الفريق "الحساء الكيميائي" الذي أطلقته البكتيريا، واكتشفوا خليطاً معقداً من المركبات النشطة بيولوجياً، بما في ذلك جزيئات محددة مثل "بيرولنيترين" وأحماض دهنية متنوعة، وهي معروفة بقدرتها على تعطيل الخلايا الفطرية. كما وجدوا أن البكتيريا تنتج إنزيمات قادرة على تفكيك البروتينات والدهون، مما يضعف المهاجمين المحتملين بشكل أكبر.

وبعيداً عن الدفاع، كشفت الدراسة أن PP10 هي قوة دافعة لدعم النمو. فقد أنتجت البكتيريا كميات كبيرة من هرمونات النبات الطبيعية، وتحديداً "إندول-3-حمض الأسيتيك" و"حمض الجبريليك"، وهما ضروريان لإخبار النبات متى ينمي الجذور والبراعم. كما أظهرت القدرة على إذابة الفوسفات، وهو عنصر غذائي رئيسي غالباً ما يكون محبوساً في التربة، مما يجعله متاحاً للنبات لامتصاصه. علاوة على ذلك، أنتجت البكتيريا الأمونيا، وهي شكل من أشكال النيتروجين الذي يحتاجه النبات لبناء أنسجته، وأفرزت مواد لزجة تساعدها على تشكيل أغشية واقية، أو ما يسمى "الأغشية الحيوية" (biofilms)، على الجذور. ولعل الأمر الأكثر إثارة للإعجاب هو أن البكتيريا أثبتت أنها قوية للغاية؛ إذ استمرت في النمو والعمل حتى عندما وصل تركيز الملح في بيئتها إلى 13 بالمائة، وهو مستوى قد يقتل معظم البكتيريا الأخرى ويسبب إجهاداً شديداً للنباتات. هذه القدرة على تحمل الملوحة (halotolerance) تعد سمة حاسمة للمحاصيل المزروعة في التربة الملحية.

ولرؤية ما إذا كانت هذه النتائج المختبرية ستترجم إلى نتائج واقعية، أجرى الباحثون تجربة في أصص الزراعة. قاموا بزراعة بذور الإسابغول في تربة، مع تغليف نصفها بالسلالة البكتيرية الجديدة وترك النصف الآخر دون معالجة كعينة ضابطة. وعلى مدار شهرين، كان الفرق صارخاً؛ فقد نبتت البذور المعالجة بالبكتيريا بشكل أكثر موثوقية ونمت لتصبح نباتات أكبر بك كثيراً. وبحلول نهاية التجربة، كانت جذور النباتات المعالجة أطول بشكل ملحوظ مقارنة بمجموعة الضبط، حيث وصلت إلى 14.63 سم مقابل 8.10 سم، كما كانت سيقانها أطول وأثقل وزناً. وكانت أوراق النباتات المعالجة أيضاً أكثر اخضراراً، مما يشير إلى مستويات أعلى من الكلوروفيل، وهو الصبغة المسؤولة عن التقاط ضوء الشمس. أكدت هذه النتائج أن البكتيريا لم تكتفِ بمجرد البقاء في التربة، بل غيرت تطور النبات بشكل نشط، مما أدى إلى زيادة كبيرة في الكتلة الحيوية.

يعتبر هذا العمل المرة الأولى التي يُذكر فيها أن هذه البكتيريا تحديداً تمتلك هذا النطاق الواسع من السمات المفيدة أثناء عيشها بجانب نبات Plantago ovata. وتشير النتائج إلى أن Cytobacillus oceanisediminis PP10 هي حليف متعدد الوظائف، قادر على حماية النبات من الأمراض، ومساعدته على امتصاص المغذيات، وتعزيز نموه حتى في الظروف الملحية. ورغم أن الدراسة أجريت في تجارب أصص محكومة بدلاً من الحقول المفتوحة، إلا أن النتائج توفر أساساً قوياً للعمل المستقبلي. يسلط البحث الضضوء على إمكانية استخدام هذا الميكروب المحلي كسماد حيوي طبيعي، مما يوفر مساراً مستداماً لزراعة الإسابغول وغيرها من المحاصيل في المناظر الزراعية الصعبة.