Mmea mzuri wa aina ya mwitu aina ya Arabidopsis (kushoto) na mmea wa mutant unaougua usawa wa vijidudu (kulia). Sheng-Yang Yeye, CC BY-SA

Wengi wetu tumesikia kuhusu uchochezi bowel ugonjwa, hali ya kudhoofisha ambayo inahusishwa na mkusanyiko usiokuwa wa kawaida wa vijidudu kwenye utumbo wa mwanadamu - unaojulikana kama gut microbiome. Maabara yangu hivi karibuni iligundua kuwa, kama wanadamu, mimea pia inaweza kukuza hali hii, inayojulikana kama dysbiosis, na athari mbaya.

Kama sehemu ya utafiti huu, wenzangu na mimi tuligundua kuwa jeni na michakato inayohusika katika kudhibiti dysbiosis kwenye mimea inaweza kuwa sawa na ile ya wanadamu. Ugunduzi wa dysbiosis katika ufalme wa mmea hufungua uwezekano mpya wa kuchochea ubunifu katika afya ya mmea na usalama wa chakula ulimwenguni.

Mimi ni mtaalam wa mimea nia ya jinsi mimea na vijidudu vinaingiliana. Ingawa utafiti wetu huko nyuma umezingatia maelezo ya Masi ya maambukizo ya magonjwa, kazi hii iliongoza maabara yangu katika ulimwengu wa kupendeza wa microbiome ya mmea.

Je! Mimea ina microbiomes?

Wakati wanasayansi wanaposema kwamba "bakteria wa utumbo" wa kibinadamu inapaswa kuwa na usawa, wanamaanisha nyenzo za maumbile ya vijidudu vyote vinavyoishi katika mifumo ya mmeng'enyo wa binadamu, au utumbo mdogo. Je! Mimea ina microbiomes pia? Jibu ni ndiyo.

Kwa kweli, sehemu za mmea unaokua juu ya ardhi, inayoitwa phyllosphere, na sehemu hizo ambazo hukua chini, inayoitwa rhizosphere, hutoa moja wapo ya makazi makubwa kwa ukoloni wa vijidudu Duniani. Zote mbili ni muhimu kwa maisha ya mwanadamu Duniani.

Phyllosphere inachukua kaboni dioksidi kwa photosynthesis, ambayo ni muhimu kujenga majani na ni chanzo cha msingi cha chakula, mafuta, nyuzi na dawa. Photosynthesis pia hutoa oksijeni kwa wanyama na wanadamu kupumua, ndiyo sababu mimea mara nyingi huchukuliwa kuwa mapafu ya sayari yetu. Kwa upande mwingine, rhizosphere huchukua maji na virutubisho kutoka kwa mchanga.

Masomo mengi wameonyesha kuwa viini-wadudu vya mimea husaidia mimea kutoa virutubishi kwenye mchanga na kukabiliana na ukame, vimelea vya magonjwa, wadudu na mafadhaiko mengine.

Masomo ya kiikolojia pia imebaini kuwa utofauti mkubwa wa vijidudu vinavyoishi kwenye majani ya mmea, ndivyo mimea inavyoonekana kuwa yenye tija zaidi.

Leo, wanasayansi wengi wa mimea wanaamini mikakati ya ulimwengu ya kuhakikisha uzalishaji wa mazao na usalama wa chakula lazima uzingatie microbiome ya mimea. Shirika la Chakula na Kilimo la UN linakadiria kuwa hadi 40% ya mazao ya chakula hupotea kwa sababu ya wadudu waharibifu wa mimea na magonjwa kila mwaka, na Baraza Kuu la Umoja wa Mataifa lilitangaza 2020 kama Mwaka wa Kimataifa wa Afya ya mimea.

Baadhi ya vijidudu huhusishwa na majani na shina, wakati seti nyingine tofauti huishi kati ya mizizi. Sheng-Yang Yeye, CC BY-SA

Je! Mimea huwekaje microbiota afya?

Kwa kuzingatia umuhimu wa microbiota - jamii maalum ya wadudu wanaoishi karibu au karibu na mimea - kwa afya ya mimea, tulifikiri kwamba mimea lazima iwe imebadilisha mtandao wa maumbile wa kisasa kuchagua mchanganyiko unaofaa wa vijidudu.

Ikiwa hiyo ni kweli, basi kujua ni jeni gani ya mmea inayoathiri aina ya vijidudu vinavyozunguka mmea kunaweza kuongoza utafiti wa siku zijazo ili kuboresha vijidudu vya mimea kusaidia mimea kukua vizuri, nguvu na kutoa majani zaidi na mavuno.

Kwa kweli, kikundi changu sasa kimetambua jeni hizi za "kudhibiti microbiota-kudhibiti" kwenye mmea wa mfano Arabidopsis thaliana.

Tuligundua kuwa jeni kadhaa kushiriki katika kinga ya mimea na usawa wa maji ni muhimu kwa kuchagua na kudumisha microbiota yenye afya ndani Kiarabuidopsis kupanda majani.

Wakati tuliondoa jeni hizi zilizoainishwa kutoka kwa mimea, the Kiarabuidopsis mimea ya mutants haikuweza kuandaa mchanganyiko sahihi wa vijidudu na dalili zilizoonyeshwa za dysbiosis, pamoja na majani yaliyokufa au manjano. Kwa kadri tunavyojua, hii ndiyo ilikuwa mara ya kwanza athari mbaya za dysbiosis imeandikwa kwa sababu katika ufalme wa mimea.

[Unahitaji kuelewa janga la coronavirus, na tunaweza kusaidia. Soma jarida la Mazungumzo.]

Vipengele vya kuvutia vya mimea 'wagonjwa'

Wenzangu na mimi tuliona sifa zingine za dysbiosis katika mutant yetu Kiarabuidopsis mimea.

Kwanza, mutants ya dysbiosis huwa na kiwango cha kawaida cha vijidudu vinavyoishi ndani ya majani.

Jani kutoka mmea wenye afya wa Arabidopsis (kushoto) na jani kutoka kwa mmea wa mutbi wa dysbiosis (kulia). Sheng-Yang Yeye, CC BY-SA

Pili, kuna mabadiliko makubwa katika utofauti wa vijidudu. Kwa mfano, katika kawaida Kiarabuidopsis majani ya mmea, kuna kila aina ya bakteria wanaoishi ndani ya jani. Kwa upande mwingine, utofauti wa jumla wa bakteria umepunguzwa sana katika mutants ya dysbiotic, ikidokeza kwamba mimea yenye afya inakuza utofauti wa vijidudu, labda kuongeza faida za kupanda afya.

Tatu, wakati bakteria ambayo ni ya phylum Fermicutes ni nyingi ndani ya aina ya mwitu Kiarabuidopsis majani, wingi hupunguzwa sana katika mutants yetu ya maumbile. Kwa kuongeza, tuliona ongezeko kubwa la idadi ya bakteria hatari ndani ya majani ya mutbi ya dysbiosis. Tunapata kufurahisha kuwa baadhi ya mabadiliko haya ya microbiota pia huzingatiwa katika ugonjwa wa matumbo wagonjwa wa binadamu, ikidokeza kufanana kwa dhana katika ukuzaji wa dysbiosis kwa wanadamu na mimea.

Nini hapo?

Tunafurahi juu ya utambuzi wetu wa jeni kadhaa za mmea na michakato inayohusika katika kuzuia dysbiosis. Jeni za kudhibiti microbiota ambazo tumetambua Kiarabuidopsis hupatikana katika genomes ya mimea mingine mingi, ikidokeza kuwa matokeo yetu yanaweza kuwa na utekelezwaji mpana.

Katika siku zijazo, tunaweza kujaribu kubadilisha jeni hizi za mwenyeji, ambazo zinaweza kusababisha njia zinazotegemea microbiota ambazo huboresha afya ya mmea. Kwa mfano, teknolojia za uhariri wa jeni zinaweza kutumiwa kuunda biome nzuri katika majani ya mmea kwa kuongeza usemi wa jeni maalum. Microbiome ya afya inayoweza kutengenezwa inaweza kutengenezwa kama dawa ya kuzuia ugonjwa wa dysbiosis kwenye mimea, kama vile Probiotics zimeahidiwa kuboresha afya ya microbiome ya binadamu.

Kwa kumbuka, mabadiliko katika jeni yanayohusiana na mfumo wa kinga ya mtu, ni maarufu sababu ya hatari kwa ukuzaji wa ugonjwa wa tumbo kwa wanadamu. Labda, utafiti wa siku zijazo utapata sifa zinazoshirikiwa zaidi katika jinsi mimea na wanadamu wanavyoshirikiana na microbiota yao ili kuzuia magonjwa.

Urahisi wa masomo ya maumbile kwenye mimea, kama vile Arabidopsis, pia inatoa uwezekano kwamba watafiti wataweza kutambua jeni zaidi zinazohusika katika kuhifadhi afya ya microbiota kwa watu na mimea.

Kuhusu Mwandishi

Sheng-Yang He, Profesa mashuhuri wa Chuo Kikuu, Mchunguzi wa HHMI, Michigan State University

Makala hii imechapishwa tena kutoka Mazungumzo chini ya leseni ya Creative Commons. Soma awali ya makala.

ing