השוואה בין השפעות של חומרים ביולוגיים חיידקיים וחומצה גיברלית על גידול סטיביה וייצור גליקוזידים של סטיביה על ידי ויסות הגנים המקודדים שלה

החקלאות היא המשאב החשוב ביותר בשווקים העולמיים, ומערכות אקולוגיות מתמודדות עם אתגרים רבים. הצריכה העולמית של דשנים כימיים גדלה וממלאת תפקיד חיוני בתנובת היבולים1. עם זאת, לצמחים הגדלים בדרך זו אין מספיק זמן לגדול ולהתבגר כראוי ולכן אינם רוכשים תכונות צמחיות מצוינות2. בנוסף, תרכובות רעילות מזיקות מאוד עלולות להצטבר בגוף האדם ובקרקע3. לכן, יש צורך לפתח פתרונות ידידותיים לסביבה וברי קיימא כדי להפחית את הצורך בדשנים כימיים. מיקרואורגניזמים מועילים יכולים להיות מקור חשוב לתרכובות טבעיות פעילות ביולוגית4.
קהילות אנדופיטיות בעלים משתנות בהתאם למין או לגנוטיפ של צמח המארח, לשלב גדילת הצמח ולמורפולוגיה של הצמח.13 מספר מחקרים דיווחו כי לאזוספירילום, בצילוס, אזוטובקטר, פסאודומונס ואנטרובקטר יש פוטנציאללקדם צמיחת צמחים. 14 יתר על כן, Bacillus ו-Azospirillum הם סוגי PGPB הנחקרים ביותר מבחינת שיפור צמיחת הצמחים והיבול. 15 מחקרים הראו כי חיסון משותף של Azospirillum brasiliensis ו-Bradyrhizobium בקטניות יכול לשפר את יבול התירס, החיטה, הסויה ושעועית אדומה. 16, 17 מחקרים הראו כי חיסון של Salicornia עם Bacillus licheniformis ו-PGPBs אחרים מקדם באופן סינרגטי את צמיחת הצמחים ואת ספיגת החומרים המזינים. 18 Azospirillum brasiliensis Sp7 ו-Bacillus sphaericus UPMB10 משפרים את צמיחת השורשים של בננה מתוקה. באופן דומה, זרעי שומר קשים לגידול עקב צמיחה וגטטיבית ירודה ונביטה נמוכה, במיוחד בתנאי עקת בצורת 20. טיפול בזרעים עם Pseudomonas fluorescens ו-Trichoderma harzianum משפר את הצמיחה המוקדמת של שתילי שומר בתנאי עקת בצורת 21. עבור סטיביה, נערכו מחקרים כדי להעריך את השפעות פטריות מיקוריזה וחיידקי ריזוביאקטריה מקדמי צמיחת צמחים (PGPR) על יכולתו של האורגניזם לגדול, לצבור מטבוליטים משניים ולבטא גנים המעורבים בביוסינתזה. על פי רחי ועמיתיו22, חיסון צמחים עם PGPRs שונים שיפר את הצמיחה שלהם, את מדד הפוטוסינתזה ואת הצטברות הסטיביוסיד וסטיביוסיד A. מצד שני, חיסון סטיביה עם פטריות ריזוביא מקדמי צמיחת צמחים ופטריות מיקוריזה ארבוסקולריות עודד את גובה הצמח, את תכולת הסטיביוסיד, המינרלים והפיגמנטים.23 אוביידו-פריירה ועמיתיו24 דיווחו כי האנדופיטים המגרים Enterobacter hormaechei H2A3 ו-H5A2 הגבירו את תכולת ה-SG, עודדו את צפיפות הטריכומים בעלים וקידמו הצטברות של מטבוליטים ספציפיים בטריכומים, אך הם לא קידמו את צמיחת הצמח;
GA3 הוא אחד מהחלבונים דמויי הגיברלין החשובים והפעילים ביותר מבחינה ביולוגית31. טיפול אקסוגני בסטיביה עם GA3 יכול להגביר את התארכות הגבעול והפריחה32. מצד שני, כמה מחקרים דיווחו כי GA3 הוא גורם משרה המגרה צמחים לייצר מטבוליטים משניים כגון נוגדי חמצון ופיגמנטים, והוא גם מנגנון הגנה33.
קשרים פילוגנטיים של זנים מבודדים ביחס לסוגי זנים אחרים. מספרי גישה ל-GenBank ניתנים בסוגריים.
פעילות עמילאז, צלולאז ופרוטאז מוצגת כפסים ברורים סביב המושבות, בעוד משקעים לבנים סביב המושבות מצביעים על פעילות ליפאז. כפי שמוצג בטבלה 2, B. paramycoides SrAM4 יכול לייצר את כל ההידרולאזות, בעוד B. paralicheniformis SrMA3 יכול לייצר את כל האנזימים מלבד צלולאז, ו-B. licheniformis SrAM2 מייצר רק צלולאז.
מספר סוגים חשובים של מיקרוביאלים נקשרו לעלייה בסינתזה של מטבוליטים משניים בצמחים רפואיים וארומטיים74. כל נוגדי החמצון האנזימטיים והלא אנזימטיים היו מוגברים משמעותית ב-S. rebaudiana Shou-2 בהשוואה לקבוצת הביקורת. ההשפעה החיובית של PGPB על TPC באורז דווחה גם על ידי Chamam et al.75; יתר על כן, התוצאות שלנו עולות בקנה אחד עם התוצאות של TPC, TFC ו-DPPH ב-S. rebaudiana, אשר יוחסה לפעולה המשולבת של Piriformospora indica ו-Azotobacter chroococcum76. TPC ו-TFC77 היו גבוהים משמעותית בצמחי בזיליקום שטופלו במיקרואורגניזמים בהשוואה לצמחים שלא טופלו. יתר על כן, העלייה בנוגדי החמצון עשויה להתרחש משתי סיבות: אנזימים הידרוליטיים מגרים את מנגנוני ההגנה המושרים של הצמח באותו אופן כמו מיקרואורגניזמים פתוגניים עד שהצמח מסתגל להתיישבות חיידקית78. שנית, PGPB עשוי לשמש כיוזם של אינדוקציה של תרכובות ביו-אקטיביות הנוצרות דרך מסלול השיקימאט בצמחים גבוהים יותר ובמיקרואורגניזמים 79.
התוצאות הראו כי קיים קשר סינרגטי בין מספר העלים, ביטוי גנים וייצור SG כאשר מספר זנים הוזמנו יחד. מצד שני, הזנה כפולה הייתה עדיפה על הזנה בודדת מבחינת צמיחת הצמח והפרודוקטיביות.
אנזימים הידרוליטיים זוהו לאחר הזרקת חיידקים על מצע אגר המכיל סובסטרט אינדיקטור ודגירה ב-28 מעלות צלזיוס למשך 2-5 ימים. לאחר ציפוי חיידקים על מצע אגר עמילן, נקבעה פעילות עמילאז באמצעות תמיסת יוד 100. פעילות צלולאז נקבעה באמצעות ריאגנט אדום קונגו מימי 0.2% לפי שיטת Kianngam et al. 101. פעילות פרוטאז נצפתה דרך אזורים שקופים סביב מושבות שצופו על מצע אגר חלב רזה כמתואר על ידי Cui et al. 102. מצד שני, ליפאז 100 זוהה לאחר הזרקה על מצע אגר Tween.