शोध इस बात की समझ में सुधार करता है कि बैक्टीरिया पौधों के विकास में कैसे सहायता करते हैं

कैलिफ़ोर्निया: जिस मिट्टी में पौधे उगते हैं, उसमें बैक्टीरिया के साथ गठबंधन बनाते हैं। उदाहरण के लिए, फलियां उन सूक्ष्मजीवों के साथ सहजीवी संबंध से लाभान्वित होती हैं जो उनकी जड़ों में गांठों में रहते हैं और फलियों के विकास के लिए इसे उपलब्ध कराने के लिए वायुमंडलीय नाइट्रोजन को "ठीक" करते हैं। लेकिन क्या सूक्ष्मजीव आम तौर पर पौधों को लाभ पहुँचाते हैं? या क्या पौधों तक पहुंच के लिए उपभेदों के बीच प्रतिस्पर्धा बैक्टीरिया द्वारा अंततः प्रदान किए जाने वाले कार्य को कम कर देती है?

इन प्रश्नों के उत्तर जानने और प्रतिस्पर्धी प्रक्रिया की बेहतर समझ हासिल करने के लिए, कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय, रिवरसाइड के वैज्ञानिकों की एक टीम ने प्रयोग किए। एक्मिस्पॉन स्ट्रिगोसस, नोड्यूल्स वाला कैलिफ़ोर्निया का एक मूल पौधा, और आठ संगत नाइट्रोजन-फिक्सिंग जीवाणु उपभेदों का संग्रह शोधकर्ताओं द्वारा उपयोग किया गया था। उन्होंने पौधों को संक्रमित करने और उन्हें लाभ पहुंचाने की प्रत्येक प्रजाति की क्षमता का आकलन करने के लिए कुछ पौधों को आठ उपभेदों में से प्रत्येक से संक्रमित किया।

फिर उन्होंने प्रत्येक प्रजाति की प्रतिस्पर्धी क्षमता और पौधे के प्रदर्शन पर प्रभाव का आकलन करने के लिए अन्य पौधों को जीवाणु उपभेदों के जोड़े से संक्रमित किया। शोधकर्ताओं ने पाया कि मिट्टी में लाभकारी बैक्टीरिया के उपभेदों के बीच प्रतिस्पर्धा उस सेवा को ख़राब कर देती है जो बैक्टीरिया अपने मेजबानों को प्रदान करते हैं।

विकास के प्रोफेसर जोएल सैक्स ने कहा, "अधिक विशेष रूप से, हमने पाया कि बैक्टीरिया के पौधे को संक्रमित करने से पहले मिट्टी में होने वाली अंतर-प्रतिस्पर्धा प्रतिस्पर्धा के कारण बैक्टीरिया कम संख्या में पौधे में बसते हैं, जिसके परिणामस्वरूप पौधे को अंत में कम लाभ मिलता है।" पारिस्थितिकी, और जीव विज्ञान, जिन्होंने अनुसंधान दल का नेतृत्व किया। “सहजीवन को समझने के लिए, हम अक्सर बाँझ स्थितियों का उपयोग करते हैं जहाँ बैक्टीरिया के एक प्रकार को 'टीका' लगाया जाता है या अन्यथा बाँझ मेजबान में पेश किया जाता है। हमारे प्रयोगों से पता चलता है कि उस प्रणाली को थोड़ा और अधिक जटिल बनाना - बस एक समय में दो जीवाणु उपभेदों का उपयोग करके - मेजबानों को प्राप्त होने वाले लाभों के संतुलन को मौलिक रूप से बदल देता है, सहजीवन कैसे काम करता है, इसकी हमारी समझ को नया आकार देता है।

अध्ययन के नतीजे करंट बायोलॉजी जर्नल में छपे हैं। सैक्स ने बताया कि कृषि में एक मुख्य चुनौती उन सेवाओं का लाभ उठाना है जो रोगाणु रासायनिक उर्वरकों की पर्यावरणीय लागत के बिना, स्थायी तरीके से विकास को बढ़ावा देकर फसलों को प्रदान कर सकते हैं। उनकी प्रयोगशाला राइज़ोबिया - बैक्टीरिया का अध्ययन करती है जो पौधों के विकास को बढ़ावा देते हैं। टिकाऊ कृषि के लिए राइजोबियल प्रतिस्पर्धा एक दीर्घकालिक समस्या है। राइजोबिया फलियों पर जड़ की गांठें बनाता है, जिसके भीतर जीवाणु प्रकाश संश्लेषण से कार्बन के बदले में पौधे के लिए नाइट्रोजन स्थिर करते हैं। उत्पादकों ने लंबे समय से सोयाबीन, मूंगफली, मटर और हरी फलियों जैसी प्रमुख फलदार फसलों को स्थायी रूप से उर्वरित करने के लिए राइजोबिया का लाभ उठाने की मांग की है।

विकास, पारिस्थितिकी और जीव विज्ञान विभाग के अध्यक्ष सैक्स ने कहा, "कोई सोच सकता है कि राइजोबिया को इनोक्युलेंट के रूप में उपयोग करने से उत्पादकों को रासायनिक नाइट्रोजन के उपयोग को कम करने की अनुमति मिलनी चाहिए, जो पर्यावरण के लिए हानिकारक है।" “लेकिन ऐसा राइजोबियल टीकाकरण शायद ही कभी सफल होता है। जब उत्पादक अपनी फसलों को उच्च-गुणवत्ता वाले राइजोबिया - उपभेदों जो बहुत अधिक नाइट्रोजन को स्थिर करते हैं - का टीका लगाते हैं, तो ये 'कुलीन' उपभेद स्वदेशी राइजोबिया से प्रतिस्पर्धा करते हैं जो पहले से ही मिट्टी में हैं और मेजबानों को बहुत कम या कोई लाभ नहीं देते हैं।

अपने प्रयोगों में, सैक्स और उनके सहयोगियों ने जीवाणु उपभेदों का उपयोग किया जिनके जीनोम को उन्होंने पहले ही अनुक्रमित कर लिया था। उन्होंने उन उपभेदों का भी वर्णन किया, जो नाइट्रोजन स्थिरीकरण में अत्यधिक लाभकारी से लेकर अप्रभावी तक थे, ताकि यह पता चल सके कि वे लक्षित पौधों की प्रजातियों के लिए कितने फायदेमंद थे। शोधकर्ताओं ने 1,100 से अधिक नोड्यूल की सामग्री को अनुक्रमित किया, जिनमें से प्रत्येक एक पौधे से था जिसे 28 विभिन्न तनाव संयोजनों में से एक के साथ टीका लगाया गया था।

इसके बाद, शोधकर्ताओं ने यह अनुमान लगाने के लिए गणितीय मॉडल विकसित किए कि "क्लोनली संक्रमित" (एक तनाव से संक्रमित) पौधों की अपेक्षाओं के आधार पर सह-टीकाकृत पौधों को कितना लाभ मिलेगा। इससे शोधकर्ताओं को विकास घाटे की गणना करने की अनुमति मिली जो विशेष रूप से अंतर-तनाव प्रतिस्पर्धा के कारण हुई थी।

सैक्स लैब के पूर्व स्नातक छात्र और शोध पत्र के पहले लेखक अराफात रहमान ने कहा, "हमारे मॉडल से पता चला है कि सह-टीकाकृत पौधों को क्लोनल संक्रमण से उम्मीद की तुलना में सहजीवन से बहुत कम लाभ मिला।" “जबकि लाभकारी बैक्टीरिया प्रयोगशाला में अच्छा काम करते हैं, वे प्राकृतिक वातावरण में प्रतिस्पर्धा से बाहर हो जाते हैं। अंततः, हम बैक्टीरिया का एक प्रकार - या उनका एक सेट ढूंढना चाहते हैं - जो मेजबान पौधे को अधिकतम लाभ देता है और मिट्टी में पहले से मौजूद बैक्टीरिया के उपभेदों के खिलाफ प्रतिस्पर्धी है।

सैक्स ने बताया कि पौधों के लिए बेहद फायदेमंद बैक्टीरिया स्ट्रेन की खोज और विकास के लिए वैज्ञानिकों को बहुत साफ परिस्थितियों में प्रयोग करने की जरूरत है।

"आखिरकार, हम कृषि में लाभकारी बैक्टीरिया का उपयोग करना चाहते हैं," उन्होंने कहा। “इन जीवाणुओं की पहचान करने के लिए, हम आम तौर पर प्रयोगशाला में एक पौधे में एक जीवाणु तनाव जोड़ते हैं और दिखाते हैं कि पौधा बिना तनाव के मुकाबले ज्यादा बेहतर बढ़ता है। हालाँकि, खेत में वह पौधा रोगाणुओं से ढका हुआ है, जिससे कहानी जटिल हो गई है।