Complementary approaches of in vitro, in silico and whole genome analyses confirm that in situ similis culturomic strategies uncover greater taxa diversity and PGP functions of tomato microbiota
यह अध्ययन प्रदर्शित करता है कि इन विट्रो (in vitro), इन सिलिको (in silico) और होल-जीनोम (whole-genome) विश्लेषणों के साथ संयुक्त रूप से इन सीटू सिमिलिस (in situ similis) कल्चरोमिक रणनीतियाँ, बहुक्रियात्मक पादप विकास-प्रोत्साहन लक्षणों और तनाव सहिष्णुता प्रदर्शित करने वाले टमाटर माइक्रोबायोटा आइसोलेट्स की एक विविध श्रेणी को सफलतापूर्वक उजागर करती हैं, जिससे कृषि में सिंथेटिक कम्युनिटी (synthetic community) विकास के लिए आशाजनक उम्मीदवारों की पहचान होती है।
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पौधे अकेले नहीं रहते। वे बैक्टीरिया और कवक की एक विशाल, अदृश्य दुनिया से घिरे होते हैं जो उनकी पत्तियों पर, उनकी जड़ों में और यहाँ तक कि उनके ऊतकों के भीतर भी रहते हैं। सूक्ष्म जीवन का यह समुदाय केवल एक यात्री नहीं है; यह एक महत्वपूर्ण साथी है। इनमें से कुछ सूक्ष्मजीव प्राकृतिक उर्वरक के रूप में कार्य करते हैं, जिससे पौधे को मिट्टी से पोषक तत्व अवशोषित करने में मदद मिलती है, जबकि अन्य हार्मोन पैदा करते हैं जो विकास को प्रोत्साहित करते हैं या बीमारियों के खिलाफ ढाल बनाते हैं। हाल के वर्षों में, वैज्ञानिकों ने महसूस किया है कि हमारी खाद्य फसलों का स्वास्थ्य काफी हद तक इन छिपे हुए सहयोगियों पर निर्भर करता है। हालाँकि, एक बड़ी समस्या ने हमारी समझ को रोक रखा है: इनमें से अधिकांश सहायक सूक्ष्मजीव प्रयोगशालाओं में उपयोग की जाने वाली मानक पेट्री डिशों में उगने से इनकार कर देते हैं। दशकों से, शोधकर्ता केवल बैक्टीरिया के उस छोटे से अंश का ही अध्ययन कर सके जो पकड़ में आने में आसान थे, जिससे पौधों के वास्तविक सूक्ष्मजीव साथियों का एक बड़ा हिस्सा अंधेरे में रह गया।
इसे हल करने के लिए, शोधकर्ताओं की एक टीम ने "इन सीटू सिमिलिस" (in situ similis) नामक एक चतुर नए दृष्टिकोण की ओर रुख किया। बैक्टीरिया को कृत्रिम, रासायनिक रूप से संश्लेषित भोजन पर उगाने के बजाय, वैज्ञानिकों ने सीधे पौधों से ली गई सामग्रियों का उपयोग किया। उन्होंने वनस्पति डिस्क और पौधों के शोरबे (broths) का उपयोग करके कल्चर मीडिया तैयार किया, जो अनिवार्य रूप से सूक्ष्मजीवों को एक ऐसा मेनू प्रदान करता था जो उनके प्राकृतिक घर जैसा दिखता और स्वाद देता था। इस पद्धति ने पहले से ही जिद्दी बैक्टीरिया में से कई को सफलतापूर्वक उगाने के लिए प्रेरित किया, जिससे पहले से कहीं अधिक समृद्ध और विविध समुदाय का पता चला। शोधकर्ताओं ने अपना ध्यान टमाटर के पौधे पर केंद्रित किया, जो नमकीन मिट्टी, सूखे और अत्यधिक गर्मी से लगातार खतरों का सामना करता है। वे जानना चाहते थे कि क्या इस नव खोजे गए बैक्टीरिया की विविधता के साथ मददगार क्षमताओं की एक नई श्रेणी भी आती है जो टमाटरों को कठिन परिस्थितियों में जीवित रहने में मदद कर सके।
टीम ने बीस अलग-अलग बैक्टीरियल स्ट्रेन (bacterial strains) को लिया जिन्हें इन पादप-आधारित विधियों का उपयोग करके अलग किया गया था और उन्हें परीक्षणों की एक श्रृंखला से गुजारा। उन्होंने उन विशिष्ट लक्षणों को देखा जो एक सूक्ष्मजीव को पौधे के लिए अच्छा साथी बनाते हैं। इन लक्षणों में इंडोल-3-एसिटिक एसिड का उत्पादन करने की क्षमता शामिल थी, जो एक प्राकृतिक हार्मोन है जो पौधों को बढ़ने में मदद करता है; फास्फोरस और पोटेशियम को घोलने की क्षमता, जो दो आवश्यक पोषक तत्व हैं जो अक्सर मिट्टी में बंद रहते हैं; और अमोनिया छोड़ने की शक्ति, जो नाइट्रोजन का एक रूप है जिसका पौधे उपयोग कर सकते हैं। उन्होंने यह भी परीक्षण किया कि ये बैक्टीरिया खारे पानी में और उन वातावरणों में कितनी अच्छी तरह जीवित रह सकते हैं जहाँ पानी की कमी होती है, जो सूखे के तनाव का अनुकरण करता है।
परिणाम आश्चर्यजनक थे। परीक्षण किए गए बीस बैक्टीरिया में से चौदह हार्मोन बनाने में सक्षम थे, और तेरह फास्फोरस को घोल सकते थे। छह बैक्टीरिया पोटेशियम को अनलॉक करने में विशेष रूप से अच्छे थे। दस स्ट्रेन अमोनिया का उत्पादन कर सकते थे। जब तनाव से बचने की बात आई, तो बैक्टीरिया ने उल्लेखनीय प्रदर्शन किया। उच्च नमक सांद्रता वाले परीक्षणों में, अधिकांश स्ट्रेन बढ़ते रहे, जिनमें से कुछ ने समुद्री जल-आधारित माध्यम में असाधारण लचीलापन दिखाया। इसी तरह, जब सूखे का अनुकरण करने वाले पदार्थ का उपयोग करके पानी की कमी की गई, तो कई बैक्टीरिया ने मजबूत विकास बनाए रखा। शोधकर्ताओं ने पाया कि पौधे की जड़ों के अंदर और पत्तियों पर रहने वाले बैक्टीरिया अक्सर अलग-अलग ताकत दिखाते हैं, लेकिन स्ट्रेन का एक विशेष समूह खड़ा हुआ जिसके पास लगभग ये सभी लाभकारी गुण एक साथ मौजूद थे। इनमें मोडेस्टोबैक्टर (Modestobacter), फ्लेवोबैक्टीरियम (Flavobacterium), डायडोबैक्टर (Dyadobacter), और वैरियोवोरैक्स (Variovorax वंश के बैक्टीरिया शामिल थे, जो कठिन वातावरण में फसलों को फलने-फूलने में मदद करने के लिए शक्तिशाली उम्मीदवार प्रतीत होते थे।
इन निष्कर्षों को गहरे स्तर पर समझने के लिए, वैज्ञानिकों ने बैक्टीरिया के आनुवंशिक ब्लूप्रिंट (genetic blueprints) को देखा। उन्होंने अपने नए आइसोलेट्स (isolates) के जीन की तुलना सार्वजनिक डेटाबेस में ज्ञात बैक्टीरिया के साथ की। इस जेनेटिक माइनिंग ने पुष्टि की कि बैक्टीरिया के पास वे सभी निर्देश मौजूद थे जो उन्होंने लैब में देखे गए सहायक कार्यों के लिए आवश्यक थे, जैसे कि हार्मोन बनाना और तनाव को संभालना। एक आइसोलेट, एक बैक्टीरिया जिसका नाम स्यूडोमोनास (Pseudomonas) RC25-4 था, ने टीम का ध्यान खींचा क्योंकि यह कुछ पूरी तरह से नया लग रहा था। हालांकि यह सूक्ष्मदर्शी के नीचे स्यूडोमोनास के एक ज्ञात प्रकार जैसा दिखता था, लेकिन इसका जेनेटिक कोड इतना अलग था कि यह सुझाव देता था कि यह एक ऐसी प्रजाति हो सकती है जिसे पहले कभी नहीं देखा गया है।
शोधकर्ताओं ने इस अद्वितीय स्यूडोमोनास स्ट्रेन के पूरे जीनोम का अनुक्रम (sequence) किया ताकि यह देखा जा सके कि इसमें क्या विशेष है। उन्होंने पाया कि जबकि इसमें मिट्टी में रहने वाले बैक्टीरिया में पाए जाने वाले कुछ विशिष्ट पोषक तत्व-खोजने वाले जीन खो गए थे, इसने पौधे के भीतर रहने के लिए अद्वितीय जेनेटिक उपकरण प्राप्त कर लिए थे। इनमें वे जीन शामिल थे जो बैक्टीरिया को पौधे की कोशिकाओं से जुड़ने, सुरक्षात्मक फिल्में बनाने और पौधे की अपनी प्रतिरक्षा प्रणाली का विरोध करने में मदद करते हैं। इसमें वे जीन भी शामिल हैं जो इसे भारी धातुओं और अन्य विषाक्त पदार्थों में जीवित रहने की अनुमति देते हैं। इससे पता चलता है कि यह बैक्टीरिया मिट्टी में रहने के बजाय विशेष रूप से टमाटर के पौधे के भीतर एक छिपे हुए निवासी के रूप में रहने के लिए विकसित हुआ है। अध्ययन यह निष्कर्ष निकालता है कि पौधे-आधारित कल्चर विधियों का उपयोग करके, वैज्ञानिक सूक्ष्मजीवी विविधता की एक छिपी हुई दुनिया को उजागर कर सकते हैं। ये नव-खोजे गए बैक्टीरिया, जो विकास को बढ़ावा देने और तनाव को सहने की कई क्षमताओं से लैस हैं, टिकाऊ कृषि समाधान विकसित करने के लिए, विशेष रूप से ग्रीनहाउस में या उन क्षेत्रों में सब्जियां उगाने के लिए, एक आशाजनक मार्ग प्रदान करते हैं जहाँ मिट्टी नमकीन या शुष्क है।
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