Apabila Tumbuhan dan Mikrobnya Tidak Selaras, Hasilnya Bisa Bencana

Apabila Tumbuhan dan Mikrobnya Tidak Selaras, Hasilnya Bisa Bencana
Tumbuhan Arabidopsis jenis liar yang sihat (kiri) dan tumbuhan mutan yang mengalami ketidakseimbangan mikroba (kanan).
Sheng-Yang Dia, CC BY-SA

Ramai di antara kita pernah mendengar tentang usus penyakit keradangan, keadaan yang melemahkan yang dikaitkan dengan pengumpulan mikroba yang tidak normal dalam usus manusia - yang dikenali sebagai mikrobiom usus. Makmal saya baru-baru ini mendapati bahawa, seperti manusia, tumbuhan juga dapat mengembangkan keadaan ini, yang dikenali sebagai dysbiosis, dengan akibat yang teruk.

Sebagai sebahagian daripada kajian ini, rakan saya dan saya mendapati bahawa beberapa gen dan proses yang terlibat dalam mengawal dysbiosis pada tumbuhan mungkin serupa dengan yang ada pada manusia. Penemuan dysbiosis di kerajaan tanaman membuka kemungkinan baru untuk merangsang inovasi dalam kesihatan tanaman dan keamanan makanan global.

Saya seorang ahli mikrobiologi tumbuhan berminat bagaimana tumbuhan dan mikroba berinteraksi antara satu sama lain. Walaupun kajian kami pada masa lalu berpusat pada perincian molekul jangkitan patogen, karya ini membawa makmal saya ke dunia mikrobioma tumbuhan yang menarik.

Adakah tumbuhan mempunyai mikrobiom?

Apabila para saintis mengatakan bahawa "bakteria usus" manusia harus seimbang, mereka merujuk kepada bahan genetik semua mikroba yang hidup dalam sistem pencernaan manusia, atau mikrobioma usus. Adakah tumbuhan mempunyai mikrobiom juga? Jawapannya adalah ya.

Sebenarnya, bahagian-bahagian tumbuhan yang tumbuh di atas tanah, yang disebut phyllosphere, dan bahagian-bahagian yang tumbuh di bawah, yang disebut rhizosfer, menyediakan salah satu habitat terbesar untuk penjajahan mikroba di Bumi. Kedua-duanya sangat penting untuk kehidupan manusia di Bumi.

Filosfera mengambil karbon dioksida untuk fotosintesis, yang diperlukan untuk membina biomas dan merupakan sumber utama makanan, bahan bakar, serat dan ubat-ubatan. Fotosintesis juga membebaskan oksigen bagi haiwan dan manusia untuk bernafas, sebab itulah tumbuhan sering dianggap sebagai paru-paru di planet kita. Sebaliknya, rizosfera mengambil air dan nutrien dari tanah.

Banyak kajian telah menunjukkan bahawa mikrob tumbuhan membantu tumbuhan mengekstrak nutrien dari tanah dan mengatasi kekeringan, patogen, serangga dan tekanan lain.


 Dapatkan yang terbaru dari InnerSelf


Kajian ekologi juga telah menyatakan bahawa semakin besar kepelbagaian mikroba yang tinggal di daun tumbuhan, tanaman itu semakin produktif.

Hari ini, kebanyakan saintis tumbuhan percaya bahawa strategi global untuk memastikan produktiviti tanaman dan keselamatan makanan mesti mempertimbangkan mikrobioma tanaman. Pertubuhan Makanan dan Pertanian PBB menganggarkan bahawa sehingga 40% tanaman makanan hilang kerana perosak dan penyakit tumbuhan setiap tahun, dan Majlis Umum PBB mengisytiharkan 2020 sebagai Tahun Kesihatan Tumbuhan Antarabangsa.

Sebilangan mikroba dikaitkan dengan daun dan pucuk, sementara satu set lain hidup di antara akar.Sebilangan mikroba dikaitkan dengan daun dan pucuk, sementara satu set lain hidup di antara akar. Sheng-Yang Dia, CC BY-SA

Bagaimana tumbuh-tumbuhan menjaga kesihatan mikrobiota?

Memandangkan pentingnya mikrobiota - komuniti mikrob spesifik yang tinggal di atau berhampiran tanaman - untuk kesihatan tumbuhan, kami berpendapat bahawa tumbuhan mesti mengembangkan rangkaian genetik yang canggih untuk memilih campuran mikroba yang tepat.

Sekiranya itu benar, maka mengetahui gen tanaman mana yang mempengaruhi jenis mikroba di sekitar tanaman dapat memandu penyelidikan masa depan untuk mengoptimumkan mikrobiom tumbuhan untuk membantu tanaman tumbuh lebih baik, lebih kuat dan menghasilkan lebih banyak biomas dan hasil.

Memang, kumpulan saya kini telah mengenal pasti beberapa gen "pengawal mikrobiota" ini di kilang model Arabidopsis thaliana.

Kami mendapati bahawa beberapa gen terlibat dalam imuniti tumbuhan dan keseimbangan air sangat penting untuk memilih dan mengekalkan mikrobiota yang sihat di dalamnya Arabidopsis daun tanaman.

Semasa kita mengeluarkan gen yang dikenal pasti ini dari tumbuhan, itu Arabidopsis mutan tumbuhan tidak dapat menempatkan campuran mikroba yang betul dan menunjukkan gejala dysbiosis, termasuk daun mati atau menguning. Sejauh yang kita tahu, ini adalah pertama kali kesan negatif dysbiosis didokumentasikan secara bersebab di kerajaan tumbuhan.

[Anda perlu memahami pandemik coronavirus, dan kami boleh membantu. Baca surat berita Perbualan.]

Ciri-ciri menarik tanaman 'sakit'

Saya dan rakan sekerja saya melihat beberapa ciri dysbiosis yang terkenal pada mutan kami Arabidopsis tumbuhan.

Pertama, mutan dysbiosis cenderung mempunyai tahap mikrob yang tinggi secara tidak normal yang tinggal di dalam daun.

Daun dari tanaman Arabidopsis yang sihat (kiri) dan daun dari tumbuhan mutan dysbiosis (kanan). (apabila tumbuh-tumbuhan dan mikroba mereka tidak selari hasilnya boleh menjadi bencana)Daun dari tumbuhan Arabidopsis yang sihat (kiri) dan daun dari tumbuhan mutan dysbiosis (kanan). Sheng-Yang Dia, CC BY-SA

Kedua, terdapat perubahan drastik dalam kepelbagaian mikroba. Contohnya, dalam keadaan normal Arabidopsis daun tumbuhan, terdapat semua jenis bakteria yang tinggal di dalam daun. Sebaliknya, kepelbagaian bakteria secara keseluruhan dikurangkan dalam mutan dysbiotik, menunjukkan bahawa tumbuhan yang sihat mempromosikan kepelbagaian mikroba, mungkin untuk meningkatkan manfaat untuk kesihatan tumbuhan.

Ketiga, sementara bakteria yang tergolong dalam filum Fermicutes terdapat di dalam jenis liar Arabidopsis daun, jumlahnya banyak dikurangkan dalam mutan genetik kita. Di samping itu, kami melihat peningkatan mendadak dalam jumlah bakteria berbahaya di dalam daun mutan dysbiosis. Kami merasa menarik bahawa beberapa perubahan mikrobiota ini juga diperhatikan pada pesakit penyakit radang usus manusia, menunjukkan keseimbangan konsep dalam perkembangan dysbiosis pada manusia dan tumbuhan.

Apa yang akan datang?

Kami sangat gembira dengan pengenalan beberapa gen dan proses tumbuhan yang terlibat dalam mencegah dysbiosis. Gen pengawal mikrobiota yang kami kenal pasti Arabidopsis terdapat di genom dari banyak tumbuhan lain, menunjukkan penemuan kami mungkin dapat digunakan secara meluas.

Di masa depan, kita dapat bereksperimen dengan mengubah gen inang ini, yang dapat menyebabkan pendekatan berbasis mikrobiota yang meningkatkan kesihatan tanaman. Sebagai contoh, teknologi penyuntingan gen dapat digunakan untuk membuat bioma yang sihat pada daun tanaman dengan meningkatkan ekspresi gen tertentu. Mikrobioma sihat sintetik dapat diformulasikan sebagai probiotik untuk mencegah dysbiosis pada tanaman probiotik telah dijanjikan untuk meningkatkan kesihatan mikrobioma usus manusia.

Yang perlu diperhatikan, mutasi pada gen yang berkaitan dengan sistem imun seseorang, memang terkenal faktor risiko perkembangan penyakit radang usus pada manusia. Mungkin, penyelidikan masa depan akan menemui lebih banyak ciri bersama mengenai bagaimana tumbuhan dan manusia berinteraksi dengan mikrobiota masing-masing untuk mencegah penyakit.

Kemudahan kajian genetik pada tumbuhan, seperti Arabidopsis, juga menawarkan kemungkinan para penyelidik dapat mengenal pasti lebih banyak gen yang terlibat dalam menjaga kesihatan mikrobiota pada manusia dan tumbuhan.

Perbualan

Mengenai Penulis

Sheng-Yang He, Profesor Cemerlang Universiti, Penyiasat HHMI, Michigan State University

Artikel ini diterbitkan semula daripada Perbualan di bawah lesen Creative Commons. Membaca artikel asal.

ing

enafarzh-CNzh-TWnltlfifrdehiiditjakomsnofaptruessvtrvi

ikuti InnerSelf pada

icon-facebooktwitter-iconrss-icon

 Dapatkan Yang Terbaru Dengan E-mel

{Emailcloak = mati}

DARIPADA EDITOR

Surat Berita InnerSelf: 10 Januari, 2021
by Kakitangan InnerSelf
Minggu ini, ketika kita meneruskan perjalanan menuju apa yang - setakat ini - 2021 yang penuh gejolak, kita menumpukan perhatian pada diri kita sendiri, dan belajar untuk mendengar mesej yang intuitif, untuk menjalani kehidupan yang kita…
Surat Berita InnerSelf: 3 Januari, 2021
by Kakitangan InnerSelf
Semasa menyambut tahun baru, kami mengucapkan selamat tinggal kepada yang lama ... yang juga dapat berarti - jika kita memilih - melepaskan perkara yang tidak sesuai untuk kita, termasuk sikap dan tingkah laku lama. Menyambut yang baru ...
Surat Berita InnerSelf: Disember 27, 2020
by Kakitangan InnerSelf
Tahun baru semakin hampir. Kedatangan tahun baru boleh menjadi masa renungan, atau penilaian semula ke mana kita berada, dan ke mana kita akan pergi. Ramai di antara kita melihat ini sebagai peluang untuk…
Buletin InnerSelf: 20 Disember 2020
by Kakitangan InnerSelf
Dalam budaya moden, kita cenderung melekatkan label pada perkara dan orang: baik atau buruk, kawan atau musuh, muda atau tua, dan banyak lagi "ini atau itu". Minggu ini, kita melihat label tertentu dan…
Surat Berita InnerSelf: Disember 13, 2020
by Kakitangan InnerSelf
Minggu ini terasa seperti permulaan baru ... mungkin kerana hari Isnin (14) membawa kita bulan baru dan gerhana matahari total ... atau mungkin kerana kita menghampiri titik balik matahari Disember dan Baru ...