सिस्टैंच से पौधे से प्राप्त हेलोअल्कलीफाइल: लवणीय-क्षारीय मिट्टी और फसल संवर्धन के लिए स्ट्रेन ए8 में जीनोमिक-मेटाबोलॉमिक अंतर्दृष्टि

बहस

 

सिस्टैंच से खेती योग्य एंडोफाइट्स पर शोध की वर्तमान स्थिति

सिस्टैंच से जुड़े खेती योग्य एंडोफाइट्स पर शोध सीमित है। लिन एट अल. [10] सिस्टैंच जड़ों से एक एंडोफाइटिक स्ट्रेप्टोमाइसेस (स्ट्रेन एसी‑2) और एक पेनिसिलियम क्राइसोजेनम को अलग किया गया, जिसमें एसएच‑एसवाई5वाई कोशिकाओं में उल्लेखनीय न्यूरोप्रोटेक्टिव गतिविधि देखी गई। यू एट अल. [11] बताया गया है कि सिस्टैंच में खेती योग्य एंडोफाइटिक कवक की प्रचुरता और विविधता मौसम, उत्पत्ति और औषधीय पौधे के भाग के अनुसार भिन्न होती है। पेट्रोसियन एट अल. [12] प्रदर्शित किया गया कि होलोपारासाइट सिस्टैंच फेलिपिया से बीज एंडोफाइट्स पौधों के विकास को बढ़ावा दे सकते हैं और नमक सहनशीलता गुण प्रदान कर सकते हैं। हालाँकि, हमारी जानकारी के अनुसार, इस कार्य से पहले सिस्टैंच से एल्कलीफाइल- और हेलोअल्कलीफाइल-सहिष्णु एंडोफाइटिक बैक्टीरिया की सूचना नहीं दी गई है।

 

सिस्टैंच डेजर्टिकोला

 

 

 

हेलोअल्केलिफाइल्स को परिभाषित करना और स्ट्रेन A8 की स्थिति निर्धारित करना

पूरे साहित्य में, "हेलोअल्कलीफाइल्स" को आम तौर पर 3% से अधिक या उसके बराबर नमक सांद्रता और 9.0 से अधिक या उसके बराबर पीएच पर इष्टतम वृद्धि वाले रोगाणुओं के रूप में परिभाषित किया गया है; अधिकांश प्रजातियाँ pH 7-11 और 0-15% लवणता को सहन करती हैं [13]। स्ट्रेन ए8 0-5% नमक और पीएच 9 पर इष्टतम रूप से बढ़ता है, जो हेलोअल्कलिफिलिक/अल्कलिटोलरेंट जीवाणु के रूप में इसके प्रारंभिक पदनाम का समर्थन करता है। उल्लेखनीय रूप से, A8 ने pH 13 पर वृद्धि बनाए रखी, जो हेलोअल्केलिफाइल्स के बीच भी दुर्लभ है। जबकि ऐसे रोगाणु आम तौर पर खारे या क्षारीय वातावरण (उदाहरण के लिए, नमक-झील तलछट, साल्टर्न, मृत सागर, मैंग्रोव तलछट, और राइजोस्फीयर मिट्टी) से अलग होते हैं, हमारे अध्ययन में ए8 को पहले क्षार-जैसे, नमक-क्षार-सहिष्णु बेसिलेसी (छद्म-अल्कलिफिलिक बैसिलस) तनाव के रूप में रिपोर्ट किया गया है, जो एक पौधे के मेजबान (सिस्टैन्चे) से अलग किया गया है।

A8 में नमक-क्षार सहनशीलता के लिए यांत्रिक आधार

नमक-क्षार सहनशीलता यांत्रिक रूप से जटिल है। गैर-सहिष्णु बैक्टीरिया की तुलना में, सहिष्णु उपभेद इंट्रासेल्युलर ऑस्मोटिक दबाव को विनियमित करने के लिए Na+/H+ एंटीपोर्टर्स और संबंधित आयन परिवहन प्रणालियों को अधिक मजबूती से सक्रिय करते हैं, जिससे खारा-क्षारीय स्थितियों में विकास संभव होता है [15]। A8 के जीनोम विश्लेषण ने नमक-क्षार सहिष्णुता में शामिल जीनों के 10 वर्गों की पहचान की, जिनमें शामिल हैं:

संगत विलेय के लिए ट्रांसपोर्टर (उदाहरण के लिए, ग्लाइसिन बीटाइन ट्रांसपोर्टर) और ट्रेहलोज़ संश्लेषण जीन;

मल्टीपल एंटीपोर्टर्स (Na+/H+ एंटीपोर्टर्स, बेसिक अमीनो एसिड एंटीपोर्टर्स);

 

पोटेशियम ट्रांसपोर्टर और F0F1 एटीपी सिंथेज़।

 

पहले के अध्ययनों से पता चलता है कि ग्लाइसिन बीटाइन और ट्रेहलोज़ आसमाटिक समायोजन के लिए संगत विलेय के रूप में हेलोफाइल में व्यापक हैं [15,16]। पोटेशियम परिवहन और एंटीपोर्ट सिस्टम इलेक्ट्रोफिलिक तनाव को कम करने के लिए साइटोप्लाज्म को अम्लीकृत कर सकते हैं, जिससे पर्यावरणीय लचीलापन बढ़ सकता है [4]। हमारा डेटा समर्थन करता है कि A8 प्रोलाइन, ग्लाइसिन, बीटाइन और ट्रेहलोज़ के उच्च इंट्रासेल्युलर स्तरों को संश्लेषित करने और Na+, K+ और H+ आयनों के परिवहन, आसमाटिक संतुलन बनाए रखने और खारा-क्षारीय तनाव के तहत सामान्य सेलुलर कार्यों का समर्थन करने के लिए कई आनुवंशिक मॉड्यूल का समन्वय करता है।

बायोफिल्म्स, द्वितीयक चयापचय, और ऑस्मोडैप्टेशन

क्योंकि ट्रांसमेम्ब्रेन परिवहन झिल्ली गुणों पर निर्भर करता है, बायोफिल्म का गठन नमक-क्षार सहिष्णुता से निकटता से जुड़ा हुआ है। वांग एट अल. [17] दिखाया गया है कि नमक की चोट को कम करने के लिए उपभेद खारा-क्षारीय तनाव के तहत अधिक बायोफिल्म का उत्पादन करते हैं। ट्रांसक्रिप्टोमिक और मेटाबोलिक साक्ष्य से पता चलता है कि सेस्क्यूटरपीन और ट्राइटरपीन का जैवसंश्लेषण पौधों में तनाव प्रतिरोध से जुड़ा है [18,19]; अनुरूप मार्ग जीवाणु तनाव कार्यक्रमों के साथ प्रतिच्छेद कर सकते हैं। प्रोलाइन उच्च नमक की प्रतिक्रिया में बैक्टीरिया द्वारा संश्लेषित एक प्रमुख संगत विलेय है [20,21]। खारा-क्षारीय तनाव के तहत A8 में अपग्रेडेड और अद्वितीय मेटाबोलाइट्स के हमारे मार्ग संवर्धन विश्लेषण में, हमने पहचाना:

प्यूरीन और स्टेरॉयड मार्ग जो बायोफिल्म संश्लेषण और इस प्रकार नमक-क्षार सहनशीलता को बढ़ा सकते हैं;

सेस्क्यूटरपीन/ट्राइटरपीन जैवसंश्लेषण और तनाव लचीलेपन के बीच मजबूत संबंध;

नमक तनाव को कम करने की क्षमता वाला लाइसिन चयापचय [22];

पेंटोथेनेट और सीओए जैवसंश्लेषण मार्ग जो ऊर्जावान क्षमता को बढ़ाते हैं, खारा-क्षार आयनों के परिवहन को बढ़ावा देते हैं।

सामूहिक रूप से, हम प्रस्ताव करते हैं कि A8 अत्यधिक पीएच और लवणता के तहत पनपने के लिए एक मल्टीफैक्टोरियल रणनीति-झिल्ली/बायोफिल्म मॉड्यूलेशन, संगत विलेय संचय और आयन होमियोस्टैसिस-को नियोजित करता है।

 

वेसिस्टैंच का सिस्टान्चे युटो, झिंजियांग में खेती का आधार है

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एक वैज्ञानिक फसल के रूप में सिस्टैंच के लिए अनुसंधान प्रेरणा

 

माइक्रोबायोम-सक्षम फसल विकास: शुष्क और अक्सर खारे आवासों के लिए अनुकूलित एक होलोपैरासिटिक औषधीय पौधे के रूप में, सिस्टैंच असाधारण हेलोअल्केलिफिलिक लक्षणों के साथ अद्वितीय एंडोफाइट्स की मेजबानी कर सकता है। ऐसे उपभेदों (उदाहरण के लिए, A8) को अलग करने और कार्यात्मक रूप से चिह्नित करने से सीमांत (लवणीय-क्षार) भूमि पर सिस्टैंच की खेती में सुधार के लिए माइक्रोबायोम-सहायता प्रजनन और इनोकुलेंट विकास के रास्ते खुलते हैं।

मृदा पुनर्वास और बायोइनोकुलेंट्स: A8 की सहनशीलता प्रोफ़ाइल खारा-क्षार मिट्टी में सुधार के लिए चेसिस तनाव के रूप में क्षमता का सुझाव देती है। फ़ील्ड परीक्षण खारा-क्षार मिट्टी में सीधे टीकाकरण का परीक्षण कर सकते हैं, सुधार प्रभाव को मापने के लिए भौतिक-रासायनिक सूचकांकों की निगरानी कर सकते हैं।

पौधों के प्रदर्शन में वृद्धि: राइजोस्फीयर इनोक्यूलेशन, फोलियर स्प्रे, या रूट ड्रेंच के माध्यम से सिस्टैंच मेजबानों या नर्स फसलों पर ए8 लगाने से नमक-क्षार प्रतिरोध, अस्तित्व और बायोमास में वृद्धि हो सकती है, जो सीधे मानकीकृत खेती और कच्चे माल की गुणवत्ता का समर्थन करती है।

यंत्रवत सत्यापन पाइपलाइन: विनियामक और औद्योगिक अपनाने के लिए मजबूत मोड-ऑफ-एक्शन डोजियर स्थापित करने के लिए जीनोमिक्स (एंटीपोर्टर/संगत विलेय जीन क्लस्टर), मेटाबोलॉमिक्स (यूपीएलसी-एमएस/एमएस विलेय और झिल्ली-लिपिड हस्ताक्षर), और फेनोटाइपिंग (बायोफिल्म मेट्रिक्स, पीएच 6-13 और 0-17% लवणता पर विकास वक्र) को एकीकृत करें।

 

भविष्य का कार्य

भविष्य के अध्ययन अनुप्रयोग परिदृश्यों में A8 का मूल्यांकन करेंगे: अनुदैर्ध्य मिट्टी संपत्ति माप के साथ खारा-क्षार क्षेत्रों में प्रत्यक्ष मिट्टी टीकाकरण; और पौधे के नमक-क्षार सहिष्णुता के परीक्षण के साथ पौधे-स्तरीय हस्तक्षेप (राइज़ोस्फीयर टीकाकरण, पत्ते का अनुप्रयोग, जड़ भिगोना)। ये डेटा A8 की पौध-संवर्धन क्षमता का पूर्ण मूल्यांकन करने और सिस्टैंच खेती और व्यापक लवणीय कृषि के लिए माइक्रोबियल उर्वरकों के विकास का समर्थन करने में सक्षम होंगे।

 

निष्कर्ष

 

हमने सिस्टैंच से 50 खेती योग्य एंडोफाइटिक जीवाणु उपभेदों को अलग किया। उनमें से, हमारी जानकारी के अनुसार, स्ट्रेन A8, एक पौधे के मेजबान से अलग किया गया पहला क्षारीय-जैसा, नमक-क्षार-सहिष्णु बैसिलसिए (छद्म-अल्कलीफिलिक बैसिलस) स्ट्रेन है। ए8 0-17% लवणता (इष्टतम 0-5%) और पीएच 6.0-13.0 (इष्टतम पीएच 9) में बढ़ता है और सक्रिय रूप से संस्कृति पीएच को इसके इष्टतम विकास की ओर स्थानांतरित करता है। जीनोमिक और यूपीएलसी-एमएस/एमएस मेटाबोलॉमिक विश्लेषण यह संकेत देने के लिए एकजुट होते हैं कि A8 संगत विलेय (उदाहरण के लिए, बीटाइन, प्रोलाइन, ट्रेहलोज़) के ऊंचे स्तर को संश्लेषित करके और कई एंटीपोर्टर्स और ट्रांसपोर्ट सिस्टम के माध्यम से Na+, K+ और H+ को परिवहन करके ऑस्मोटिक संतुलन बनाए रखता है और इस प्रकार सामान्य सेलुलर फ़ंक्शन करता है। ये जानकारियां लवणीय-क्षारीय मिट्टी में सुधार, माइक्रोबियल उर्वरक विकास और पौधों में नमक-क्षार सहनशीलता को बढ़ाने में A8 का लाभ उठाने के लिए एक यंत्रवत आधार प्रदान करती हैं, जो सिस्टैंच फसल अनुसंधान और मानकीकृत खेती के लिए एक रणनीतिक संसाधन की पेशकश करती हैं।

 

संदर्भ

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