7:43 ص
البيولوجيا -
كتب الزراعة
Title: Biotic Interactions in Plant-Pathogen Associations
Author(s): M J Jeger, N J Spence
على مدى العقود الثلاثة الماضية، توسع فهم الآليات الجزيئية التي تتوسط تفاعل النباتات مع نظائرها المتكافلة والآفات ومسببات الأمراض بشكل كبير. وتشمل هذه المعرفة العلاقات المعقدة بين النباتات والميكروبات واللافقاريات والفقاريات في جميع النظم البيئية. وتترجم الأبحاث في التفاعلات بين النباتات والحيوانات إلى تطبيقات مثل زيادة إنتاج المحاصيل بشكل مستدام من النباتات التي تقاوم الأمراض بشكل أفضل، وتستخرج العناصر الغذائية من بيئاتها، وتزدهر في ظل الظروف البيئية القاسية.
تنسق العديد من أنواع البكتيريا سلوكياتها على أساس الكثافة السكانية، وهي الظاهرة المعروفة باسم استشعار النصاب. وتشمل سلوكيات استشعار النصاب مقاومة المضادات الحيوية، وإنتاج "لويحات" الأغشية الحيوية، وإنتاج عوامل الضراوة التي يمكنها هضم أنسجة الكائنات المضيفة المحتملة. وليس من المستغرب أن تتطور النباتات والحيوانات للكشف عن الإشارات التي تعدل استشعار النصاب. باستخدام نبات أرابيدوبسيس ثاليانا وطحلب كلاميدوموناس راينهاردتي كمضيفين، نقوم بالتحقيق في مسارات الكشف والاستجابة هذه.
إشارات تعتمد على شظايا جدار الخلية
يمكن أن يؤدي إنتاج أنواع الأكسجين التفاعلية مثل بيروكسيد الهيدروجين إلى أكسدة الفينولات المرتبطة بجدران خلايا النباتات إلى جزيئات إشارات نشطة في عملية تُعرف باسم تكوين الإشارات. قد يكون لتكوين الإشارات أدوار كبيرة في نمو النبات والدفاع والتواصل بين الكائنات الحية. من خلال الجمع بين عناصر علم الأحياء والكيمياء، بدأنا في مراقبة هذه التفاعلات في الوقت الفعلي في المواقع على أنسجة النبات حيث تحدث. نقوم أيضًا برسم خريطة لشبكة الاستجابة الجزيئية المرتبطة بهذه الإشارات.
المنافسة القابلة للتحريض في النباتات
تُظهر النباتات استجابات نمو مميزة ليس فقط لوجود أنواع مختلفة، ولكن أيضًا لأعضاء من نفس الأنواع الفرعية المختلفة. تعزز مثل هذه السلوكيات الاجتماعية المعقدة تقديرنا لتعقيد النباتات وهي ضرورية لفهم التفاعل بين المنافسة على الموارد ونمو النباتات. من خلال الجمع بين عناصر علم الأحياء الجزيئي والكيمياء التحليلية والمجهر البؤري، فإننا نلقي الضوء على هذا الحدث المعقد في عملية إرسال الإشارات من نبات إلى آخر.
هناك العديد من المشاكل المتعلقة بهذا المخطط. فليس من الواضح ما هو المستوى، الكائن الحي أو السكان، الذي يركز عليه أو كيف يمكن قياس التأثيرات. وإذا نظرنا إلى المستوى الفردي، فيمكن مراقبة "الإيجابية" من خلال حجم الكائن الحي، ومعدل النمو، وطول العمر أو النجاح الإنجابي. ولكن إذا نظرنا إلى السكان، المستوى الأول، فيمكننا النظر في كثافة السكان أو معدل نمو السكان. وفي بعض الأحيان قد لا يكون من الواضح ما هو "إيجابي" وما هو "سلبي". فبعض الفطريات الداخلية تزيد بشكل كبير من نمو النباتات التي تصيبها (تأثير إيجابي)، ولكنها في نفس الوقت تقلل أو تقضي على احتمالية إنتاج النسل (تأثير سلبي). وقد تفيد البكتيريا المثبتة للنيتروجين التي تصيب الجذور النباتات (نمو أسرع، نباتات أكبر) إذا كان النيتروجين في التربة منخفضًا، ولكنها تضر النباتات (نمو أبطأ، نباتات أصغر) إذا كانت مستويات النيتروجين مرتفعة. وقد تفيد زيارات الملقحات النباتات إذا نقلت حبوب اللقاح إلى أعضاء آخرين من نفس النوع ولكن ليس إذا كانت زياراتها التالية لأنواع مختلفة من الزهور.
ولعل السياق البيولوجي الأكثر أهمية للمصطلحات هو التطور (الإيجابي = تعزيز النجاح الإنجابي)، ولكن هذا قد يعتمد على ظروف يصعب تقييمها. ويُعتَقَد عموماً أن الحيوانات المفترسة لها تأثير سلبي على مجموعات الفرائس، ولكن في عدد من المواقف، يُعتقد أن الحيوانات المفترسة "تفيد" مجموعات الفرائس من خلال منع الاكتظاظ السكاني . وهناك مشكلة أخرى في المخطط وهي أنه يتجاهل حقيقة مفادها أن عواقب التفاعلات قد تكون مختلفة للغاية عند مستويات مختلفة من التفاعل البيولوجي. ومن الواضح أن افتراس البذور ضار بمعظم الكائنات الحية الفردية في الصنوبر (أي الفرد الجنيني من الصنوبر الموجود في البذرة) ولكنه يفيد مجموعات الصنوبر على ما يبدو من خلال السماح بالتشتت.
هناك طريقة أخرى لتنظيم التفاعلات الحيوية لا تعتمد على اعتبارات تعسفية لما "يفيد" أو "يضر" بالكائنات الحية/السكان المعنيين، بل تعتمد بدلاً من ذلك على الوسيط الذي يحدث من خلاله التفاعل:
- التفاعلات الغذائية - يأكل كائن حي كائنًا آخر أو جزءًا من كائن آخر، ويحصل على مادة (كربوهيدرات وبروتينات ودهون) يمكن استخدامها للحصول على الطاقة (أي حرقها في التنفس الخلوي) أو تحللها جزئيًا وإعادة تشكيلها إلى جزيئات المستهلك
- تفاعلات الموارد/الظروف - الموارد هي مواد (مثل الأكسجين) ينتجها الكائن الحي، مما يجعلها متاحة للكائنات الحية الأخرى أو يستنفدها/يستهلكها، مما يجعلها أقل توفرًا للكائنات الحية الأخرى. الظروف هي معلمات فيزيائية، مثل الرقم الهيدروجيني ودرجة الحرارة والرطوبة وشدة الضوء. تؤثر الظروف على سلوك الكائن الحي ويمكن للكائنات الحية تغيير الظروف وبالتالي التأثير على الكائنات الحية الأخرى. يتم الجمع بين الموارد والظروف هنا لأنه يمكن اعتبار العديد منها موردًا وحالة. يمكن اعتبار الأكسجين موردًا لأنه يمكن إنتاجه أو استهلاكه ولكنه أيضًا حالة لها عواقب فيزيائية، على سبيل المثال، تؤثر تركيزات الأكسجين على قابلية ذوبان الأيونات في محلول التربة. وبالمثل، الضوء هو مورد "تستهلكه" النباتات، مما يقلل من توفره للنباتات المظللة أدناه، ولكنه أيضًا حالة فيزيائية تؤثر على جميع الكائنات الحية بعدد من الطرق.
- تفاعلات العمل - يقوم كائن حي بعمل لكائن حي آخر (العمل بمعنى الفيزياء والكيمياء، وهي عملية تتطلب إنفاق الطاقة، على سبيل المثال، نقل المواد من مكان إلى آخر).
ليست هناك تعليقات: