مقایسه اثرات عوامل بیولوژیکی باکتریایی و اسید جیبرلیک بر رشد استویا و تولید گلیکوزیدهای استویول با تنظیم ژن‌های کدکننده آن

کشاورزی مهم‌ترین منبع در بازارهای جهانی است و سیستم‌های اکولوژیکی با چالش‌های بسیاری روبرو هستند. مصرف جهانی کودهای شیمیایی رو به افزایش است و نقش حیاتی در عملکرد محصولات کشاورزی ایفا می‌کند.1 با این حال، گیاهانی که به این روش رشد می‌کنند، زمان کافی برای رشد و بلوغ مناسب ندارند و بنابراین کیفیت عالی گیاه را به دست نمی‌آورند.2 علاوه بر این، ترکیبات سمی بسیار مضر می‌توانند در بدن انسان و خاک تجمع یابند.3 بنابراین، نیاز به توسعه راه‌حل‌های سازگار با محیط زیست و پایدار برای کاهش نیاز به کودهای شیمیایی وجود دارد. میکروارگانیسم‌های مفید می‌توانند منبع مهمی از ترکیبات طبیعی فعال بیولوژیکی باشند.4
جوامع اندوفیت در برگ‌ها بسته به گونه یا ژنوتیپ گیاه میزبان، مرحله رشد گیاه و مورفولوژی گیاه متفاوت است. 13 مطالعات متعددی گزارش داده‌اند که آزوسپیریلوم، باسیلوس، ازتوباکتر، سودوموناس و انتروباکتر پتانسیل ... را دارند.رشد گیاه را تقویت کنید.14 ​​علاوه بر این، باسیلوس و آزوسپیریلوم از نظر بهبود رشد و عملکرد گیاه، بیشترین مطالعه را روی جنس‌های PGPB انجام داده‌اند.15 مطالعات نشان داده‌اند که تلقیح همزمان آزوسپیریلوم برازیلینسیس و برادی‌ریزوبیوم در حبوبات می‌تواند عملکرد ذرت، گندم، سویا و لوبیا قرمز را افزایش دهد.16،17 مطالعات نشان داده‌اند که تلقیح سالیکورنیا با باسیلوس لیکنیفورمیس و سایر PGPBها به صورت هم‌افزایی رشد گیاه و جذب مواد مغذی را افزایش می‌دهد.18 آزوسپیریلوم برازیلینسیس Sp7 و باسیلوس اسفاریکوس UPMB10 رشد ریشه موز شیرین را بهبود می‌بخشند. به طور مشابه، بذر رازیانه به دلیل رشد رویشی ضعیف و جوانه‌زنی کم، به ویژه در شرایط تنش خشکی، به سختی رشد می‌کند20. تیمار بذر با سودوموناس فلورسنس و تریکودرما هارزیانوم رشد اولیه نهال‌های رازیانه را در شرایط تنش خشکی بهبود می‌بخشد21. در مورد استویا، مطالعاتی برای ارزیابی اثرات قارچ‌های میکوریزا و باکتری‌های ریزوسفری محرک رشد گیاه (PGPR) بر توانایی این ارگانیسم در رشد، تجمع متابولیت‌های ثانویه و بیان ژن‌های دخیل در بیوسنتز انجام شده است. طبق گفته‌ی راهی و همکاران، تلقیح گیاهان با PGPRهای مختلف، رشد، شاخص فتوسنتزی و تجمع استویوزید و استویوزید A را بهبود بخشید. از سوی دیگر، تلقیح استویا با ریزوبیاهای محرک رشد گیاه و قارچ‌های میکوریزای آربوسکولار، ارتفاع گیاه، استویوزید، مواد معدنی و محتوای رنگدانه را تحریک کرد. اویدو-پریرا و همکاران، گزارش دادند که اندوفیت‌های محرک Enterobacter hormaechei H2A3 و H5A2 محتوای SG را افزایش دادند، تراکم تریکوم را در برگ‌ها تحریک کردند و تجمع متابولیت‌های خاص را در تریکوم‌ها افزایش دادند، اما رشد گیاه را افزایش ندادند.
GA3 یکی از مهمترین و فعال‌ترین پروتئین‌های شبه جیبرلین از نظر بیولوژیکی است31. تیمار برون‌زا استویا با GA3 می‌تواند باعث افزایش طول ساقه و گلدهی شود32. از سوی دیگر، برخی مطالعات گزارش داده‌اند که GA3 یک القاکننده است که گیاهان را برای تولید متابولیت‌های ثانویه مانند آنتی‌اکسیدان‌ها و رنگدانه‌ها تحریک می‌کند و همچنین یک مکانیسم دفاعی است33.
روابط فیلوژنتیکی جدایه‌ها در ارتباط با سایر انواع سویه‌ها. شماره‌های دسترسی GenBank در داخل پرانتز آورده شده است.
فعالیت‌های آمیلاز، سلولاز و پروتئاز به صورت نوارهای شفاف در اطراف کلنی‌ها نشان داده شده‌اند، در حالی که رسوبات سفید در اطراف کلنی‌ها نشان‌دهنده فعالیت لیپاز هستند. همانطور که در جدول 2 نشان داده شده است، B. paramycoides SrAM4 می‌تواند همه هیدرولازها را تولید کند، در حالی که B. paralicheniformis SrMA3 می‌تواند همه آنزیم‌ها به جز سلولاز را تولید کند و B. licheniformis SrAM2 فقط سلولاز تولید می‌کند.
چندین جنس مهم میکروبی با افزایش سنتز متابولیت‌های ثانویه در گیاهان دارویی و معطر مرتبط بوده‌اند74. تمام آنتی‌اکسیدان‌های آنزیمی و غیرآنزیمی در S. rebaudiana Shou-2 در مقایسه با شاهد به طور قابل توجهی افزایش یافتند. اثر مثبت PGPB بر TPC در برنج نیز توسط Chamam و همکاران گزارش شده است75؛ علاوه بر این، نتایج ما با نتایج TPC، TFC و DPPH در S. rebaudiana مطابقت دارد که به عملکرد ترکیبی Piriformospora indica و Azotobacter chroococcum نسبت داده شده است76. TPC و TFC77 در گیاهان ریحان تیمار شده با میکروارگانیسم‌ها در مقایسه با گیاهان تیمار نشده به طور قابل توجهی بالاتر بودند. علاوه بر این، افزایش آنتی‌اکسیدان‌ها ممکن است به دو دلیل رخ دهد: آنزیم‌های هیدرولیتیک مکانیسم‌های دفاعی گیاه القا شده را به همان روش میکروارگانیسم‌های بیماری‌زا تحریک می‌کنند تا زمانی که گیاه با کلونیزاسیون باکتریایی سازگار شود78. ثانیاً، PGPB ممکن است به عنوان آغازگر القای ترکیبات فعال زیستی تشکیل شده از طریق مسیر شیکیمات در گیاهان عالی و میکروارگانیسم‌ها عمل کند79.
نتایج نشان داد که وقتی چندین سویه به طور همزمان تلقیح شدند، بین تعداد برگ، بیان ژن و تولید SG رابطه هم‌افزایی وجود داشت. از سوی دیگر، تلقیح دوگانه از نظر رشد و بهره‌وری گیاه نسبت به تلقیح منفرد برتری داشت.
آنزیم‌های هیدرولیتیک پس از تلقیح باکتری‌ها روی محیط آگار حاوی سوبسترای شاخص و انکوباسیون در دمای 28 درجه سانتیگراد به مدت 2 تا 5 روز شناسایی شدند. پس از کشت باکتری‌ها روی محیط نشاسته آگار، فعالیت آمیلاز با استفاده از محلول ید 100 تعیین شد. فعالیت سلولاز با استفاده از معرف قرمز کنگو 0.2٪ آبی طبق روش کیانگام و همکاران 101 تعیین شد. فعالیت پروتئاز از طریق هاله‌های شفاف اطراف کلنی‌های کشت شده روی محیط کشت شیر ​​بدون چربی آگار، همانطور که توسط کوی و همکاران 102 شرح داده شده است، مشاهده شد. از سوی دیگر، لیپاز 100 پس از تلقیح روی محیط کشت توئین آگار شناسایی شد.