شناسایی جدایه های ریزوبیومی حاوی ژن های موثر در رقابت و کارایی همزیستی با ‏گیاهان خانواده لگوم

چکیده:‏ نیتروژن یکی از مهمترین عناصر مورد نیاز گیاه است که با افزودن کودهای شیمیایی و آلی به خاک و تثبیت بیولوژیک تامین ‏می گردد. در تثبیت بیولوژیکی نیتروژن در گیاهان لگومینوز، باکتریهای ریزوبیومی خاکزی همزیست با این گیاهان دخالت دارند ‏که به میزان قابل توجهی نیاز نیتروژنی میزبان خود را تامین می نمایند و باعث حاصلخیزی خاک نیز می شوند. بهره برداری ‏اقتصادی از همزیستی ریزوبیوم- لگوم مستلزم تلقیح گیاه میزبان با جدایه?های برتر ریزوبیومی است که توانایی گره سازی و تثبیت ‏نیتروژن قابل توجهی داشته باشند، اما ناسازگاری اکولوژیک سویه های ریزوبیوم مورد استفاده و قدرت رقابت کم این ریزوبیوم-‏های کارامد با ریزوبیوم های بومی موجود در ریزوسفر از جمله موانعی است که بهره برداری مناسب از ریزوبیوم های تجاری را ‏محدود می سازد. بنابراین، انتخاب ریزوبیومهای موثر از نظر تثبیت نیتروژن و کار آمد از نظر رقابت با سایر ریزوبیومهای غیر موثر ‏در خاک برای گره سازی در ریشه گیاه میزبان جهت کاربرد آنها در اقلیم های مختلف ضروری است. تاکنون تعدادی ژن در ‏بعضی ریزوبیوم ها شناسایی شده است که در افزایش توان پایداری و رقابتی آنها برای گره سازی موثر است که از آن جمله می-‏توان به ژن های ‏nfe‏ ، ‏puta، ‏acds‏ و ژن های مرتبط با تولید ملانین اشاره نمود. در این پژوهش جهت دستیابی به اطلاعاتی در ‏مورد توانایی پایداری و رقابتی جدایه های ریزوبیومی بومی ایران ، حضور ژن های مذکور در میان جدایه های ریزوبیومی همزیست ‏با یونجه ارزیابی شد و توانایی تولید ملانین در جدایه های ریزوبیومی همزیست با گیاهان یونجه، شبدر، لوبیا، اسپرس، خللر و نخود ‏بررسی گردید. در بین 106 جدایه ریزوبیومی یونجه، 55 نمونه ریزوبیومی لوبیا و 31 جدایه ریزوبیومی همزیست با شبدر، به ترتیب ‏‏%55، %27 و%10 از جدایه ها واجد ژن تولید ملانین بودند. هیچیک از جدایه های ریزوبیومی همزیست با گیاهان اسپرس(46عدد)، ‏خللر(28 عدد) و نخود(14 عدد) قادر به تولید ملانین نشدند. ژن های ‏puta‏ و ‏acds‏ به ترتیب در میان %93 و %73 از جدایه های ‏ریزوبیومی همزیست با یونجه ردیابی شدند و ژن های ‏nfe‏ در %6 از جدایه های همزیست با یونجه حضور داشت. ‏‎ ‎ژن های ‏nfe‏ به ‏طور مستقیم بر روی رقابت برای گره سازی تاثیر دارند و تنها در جدایه های سینوریزوبیومی با قدرت رقابت زیاد برای گره سازی ‏در ریشه یونجه شناسایی شده اند. قدرت رقابت جدایه های سینوریزوبیومی واجد ژن های ‏nfe، ( جدایه های ‏a11-8‎‏ و ‏c81-4‎‏ ) با ‏‏10 جدایه فاقد ژن های ‏nfe، طی تیمارهای مختلف در آزمایشات متفاوت با گیاه یونجه مقایسه شدند. نتایج بدست آمده بیانگر ‏قدرت رقابت بالای جدایه های ‏nfe‏ مثبت بود، بطوریکه در تلقیح توأمان جدایه های واجد و فاقد ‏nfe‏ در شرایط گلخانه ای در ‏یونجه ، بین 86 تا 100 درصد از گره های تشکیل شده حاوی جدایه های واجد ژن های ‏nfe‏ بودند. در تیمار های حاوی دو جدایه ‏nfe‏ مثبت ‏a11-8‎‏ و ‏c81-4‎‏ وزن خشک اندام هوایی به میزان 79 درصد نسبت به تیمار حاوی جدایه های ‏nfe‏ منفی ‏b53-1‎‏ و ‏c72-4‎‏ و به میزان 72 درصد نسبت به تیمار شاهد منفی (بدون تلقیح باکتری) افزایش یافت. نتایج قدرت رقابت جدایه ‏a11-8‎‏ در ‏دو نمونه خاک مزرعه یونجه لورک - نجف آباد اصفهان و مخلوطی از 10 نمونه خاک جمع آوری شده از مناطق غربی ایران نیز ‏حاکی از برتری گره سازی جدایه ‏nfe‏ مثبت در رقابت با جمعیت ریزوبیومی موجود در هر دو نمونه خاک بود، بطوریکه این ‏جدایه ها 65 تا 84 درصد از گره های مورد بررسی در یونجه را اشغال کرده بودند. در تلقیح جدایهa11-8 ‎‏ به نمونه خاک لورک، ‏وزن خشک اندام هوایی به میزان 92 درصد و میزان کلروفیل‎(a+b) ‎‏ برگ های گیاه یونجه به مقدار 94 درصد نسبت به شاهد ‏افزایش داشت. در نمونه خاک دوم هر چند جدایه ‏nfe‏ مثبت در رقابت با ریزوبیوم های بومی خاک 84 درصد از گره ها را اشغال ‏نمود ولی تفاوت معنی داری در وزن خشک اندام هوایی و میزان کلروفیل گیاه ‏‎ ‎یونجه در مقایسه با تیمار شاهد مشاهده نشد. با در ‏نظر گرفتن نتایج بدست آمده از آزمایشات مختلف می توان گفت سویه های واجد ژن های ‏nfe‏ در رقابت برای گره سازی در ‏ریشه یونجه نقش بسزایی دارند، هر چند که افزایش عملکرد محصول میزبان، همبستگی مشخصی با حضور ژن های مذکور در ‏جدایه های ریزوبیومی نشان نداد. جدایه های واجد ژن های ‏nfe‏ شناسایی شده در این تحقیق، در تقابل با جدایه های فاقد این ژن ها ‏و جمعیت ریزوبیومی موجود در خاک های مورد بررسی، قدرت رقابت گره سازی بالایی داشتند و به این دلیل کاندیدای مناسبی ‏جهت تهیه کود بیولوژیک بومی ایران می باشند.‏ ‎ ‎واژگان کلیدی: ریزوبیوم، لگوم، رقابت، ملانین، ‏‎ nfe‏ ،puta‏ ،acds‏ . ‏