إيجاد (الميكروبات) أعمدة مجتمع الطاقة الحيوية


تشكل السيقان والأوراق والزهور والفواكه أكبر جزء من مساحة المعيشة المحتملة للميكروبات الموجودة في البيئة ، لكن علماء البيئة ما زالوا لا يعرفون الكثير عن كيفية قيام الكائنات الحية الدقيقة الموجودة هناك بتأسيس والحفاظ على نفسها على مدار موسم النمو.

في دراسة جديدة في Nature Communications ، ركز علماء مركز أبحاث البحيرات العظمى للطاقة الحيوية بجامعة ولاية ميشيغان على فهم المزيد عن مناطق النباتات فوق التربة التي يمكن أن تعيش فيها هذه الميكروبات ، والتي يطلق عليها "phyllosphere". آشلي شايد ، أستاذ مساعد في جامعة ولاية ميشيغان في علم الأحياء المجهرية وعلم الوراثة الجزيئية ، وصنف مختبرها الأعضاء الأساسيين في هذا المجتمع في نظامين للمحاصيل الحيوية: التبديل والتعشيق. وبذلك ، قامت المجموعة بتمييزات مهمة حول كيفية تجميع هذه المجتمعات - وكيفية ارتباطها بالميكروبات الموجودة في التربة.

يعتقد أن الكائنات الحية الدقيقة التي تعيش في الفوسفور تلعب دورًا في نمو المضيف وصحته. وكما هو الحال بالنسبة لأقاربهم الجوفية ، فإن الميكروبيوم الموجود في الجزء العلوي يؤثر على مقدار محاصيل الطاقة الحيوية للفوسفور والنيتروجين والمواد المغذية الأخرى التي يمكن أن تبقيها خارج الممرات المائية والغلاف الجوي.

يقول شاد إن الخطوة الأولى في تحديد كيفية تعظيم إنتاج محاصيل الطاقة الحيوية هذه هي معرفة أي نوع من أنواع الكائنات الحية ، أو الأنواع من الكائنات الحية ، هي من المقيمين على المدى الطويل وأيها قد تمر فقط.

أركان المجتمع

أرادت شاد وزملاؤها طرح سؤالين: هل يتغير الميكروبيوم في الفوسفور عبر الفصول ؛ وإذا كان الأمر كذلك ، فما هو الدور الذي تلعبه التربة في الرقص السنوي بين النباتات والميكروبات؟ لمعرفة ذلك ، قاموا باستغلال حقول miscanthus و switchgrass في محطة Kellogg البيولوجية في جامعة MSU في هيكوري كورنرز ، التي تم إنشاؤها في عام 2008 كجزء من تجربة نظام زراعة الوقود الحيوي GLBRC.

قام أعضاء مختبر شاد بأخذ عينات من المجتمعات الميكروبية من محاصيل الطاقة الحيوية ، كل ثلاثة أسابيع لموسم واحد كامل النمو للميكانثث واثنان لمفاتيح التبديل. حددوا الميكروبات الأساسية على أنها تلك التي يمكن اكتشافها باستمرار على الأوراق في نفس الوقت عبر حقولهم ، والتي ظهرت باستمرار خلال فترات أخذ العينات.

وقالت: "إذا وجدنا ميكروبًا في أحد الحقول ، ولكن ليس في حقل آخر ، فلا يمكن تسميته كعضو أساسي في هذا الفاصل الزمني المحدد". "نتوقع أيضًا أن تتغير هذه المجتمعات مع المواسم ، لذلك نريد التأكد من التقاط أكبر عدد ممكن من تلك الأصناف المهمة".

اتضح أن العديد من الميكروبات على أوراق نبات الطاقة الحيوية تنشأ في التربة وتتسق إلى حد ما عبر الفصول. هذا يعني أنه يمكن استهداف الميكروبيوم الفسيوسفير للزراعة ، تمامًا مثل المحاصيل التي يزرعون عليها.

حدد الفريق المئات من أعضاء الميكروبيوم الورقي وقارنوهم بالآلاف الذين يعيشون في التربة باستخدام تقنية التسلسل العميق التي يوفرها معهد جينوم المشترك ، وهو مرفق مستخدم تابع لوزارة الطاقة.

"بسبب علاقتنا بـ JGI ، تمكنا من الحصول على تغطية جيدة حقًا للتنوع في مجتمعاتنا الترابية ، وهو شيء لم يكن بإمكاننا القيام به من تلقاء أنفسنا" ، قال Shade.

تحولت بعض الميكروبات الموجودة في مستويات ثابتة ولكن منخفضة في التربة إلى عناصر أساسية في مجتمعات الأوراق.

"هذا يشير إلى أن البيئة الورقية هي موطن معين حيث الكائنات الحية المناسبة" ، وقال Shade. "حقيقة أن نجدهم في التربة تعني أن الأرض هي خزان محتمل لهذه الأصناف".

لتقييم الفكرة بشكل أكبر ، وضعت Shade وفريقها نموذجًا إحصائيًا لتقليد النتائج كما لو أن الميكروبات تم توزيعها بشكل عشوائي بين أوراق النبات والتربة القريبة ، ثم قارن الناتج مع ملاحظاتهم في الحياة الواقعية.

أظهرت النماذج أنه ، في الواقع ، لا يتم توزيع المجتمع الميكروبي على أوراق الشجر والعسل عن طريق الصدفة.

وقال شادي "إنهم لا يهبون بشكل عشوائي على أوراق الشجر ويلتصقون ، لذلك هناك شيء في البيئة يختار لهذه الأصناف فوق التربة". "نظرًا لأن الأنماط الموجودة على الأرض تختلف عن تلك التي نراها في الأوراق ، فهناك سبب للاعتقاد بأن العديد من أعضاء الأوراق الأساسيون موجودون عن قصد".

الخفقان أسفل الأصناف

والخطوة التالية ستكون في المنزل الذي من أعضاء الميكروبيوم الأساسية لديها وظائف مهمة للمصنع.

وقال شاد "الآن بعد أن أصبح لدينا مجموعة كاملة من البيانات المجتمعية من الميكروبيوم التي تضم الآلاف من الأصناف" ، يمكننا أن نفهم أي من هؤلاء الأعضاء الأساسيين هم فقط معلقون في المصنع ، وأي منهم له تأثير على النمو و الصحة."

وأضافت "إذا استطعنا أن نفهم كيف يغير هذا المجتمع الميكروبي تفاعله مع مضيفه على مدار موسم واحد ، فقد نكون قادرين على الاستفادة من ذلك لصالح المصنع".

شارك المقالة عبر:

اترك تعليقا:

اعلانك هنا
اعلانك هنا