میکروبیوم به پلاستیسیته فنوتیپی در زعفران کمک می‌کند

زعفران یک گونه گیاهی عقیم است که به صورت رویشی تکثیر می شود و در نتیجه تنوع ژنتیکی محدودی در این گونه مشاهده می شود. علاوه بر تنوع ژنتیکی باریک، تنوع فنوتیپی قابل توجهی در صفات مختلف در این گیاه وجود دارد. در اینجا ما این فرضیه را آزمایش کردیم که میکروبیوم گیاهی سهم عمده‌ای در تنوع فنوتیپی دارد. ما تجزیه و تحلیل خود را بر روی باکتری‌های قابل کشت متمرکز کردیم که در مزارع زعفران با عملکرد کلاله بالا در مقایسه با مزارع با عملکرد کلاله پایین غالب بودند.

به دنبال این استراتژی، چهار ریزوسفر (Cupriavidus metallidurans، Bacillus sp.، Solibacillus sp. و  Planococcus sp.) و دو باکتری اندوفیت (Serratia oryzae و S. odorifera) شناسایی شدند. اثرات باکتری بر رشد و نمو گیاه مدل آرابیدوپسیس در هر دو روش پلیت آگار و سنجش گلدان مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج نشان داد که این باکتری‌ها بر رشد رویشی و زمان گلدهی آرابیدوپسیس تأثیر می‌گذارند. در مرحله بعد بنه‌های زعفران با این باکتری‌ها تلقیح شدند و رشد و نمو بوته‌های زعفران به مدت پنج ماه تحت نظارت قرار گرفت.

شایان ذکر است که تلقیح باکتری‌ها بر رشد رویشی، زمان گلدهی و عملکرد کلاله زعفران تأثیر معنی‌داری داشت. علاوه بر این، یکی از باکتری‌ها، C. metallidurans، برای اولین بار در اینجا به‌عنوان یک باکتری طبیعی مرتبط با گیاه گزارش شده است. در مجموع نتایج ما نشان می دهد که میکروبیوم گیاه عامل مهمی در تنوع فنوتیپی در زعفران زعفران است.

Saffron crocus is a sterile plant species that propagates vegetatively, and consequently, narrow genetic variation is detected in this species. Besides the narrow genetic variation, there is significant phenotypic variation in different traits in this plant. Here we tested this hypothesis that plant microbiome is a major contributor to the phenotypic variation.

We focused our analysis on culturable bacteria that were dominant in saffron fields with high stigma yield compared to the fields with low stigma yield. Following this strategy, four rhizospheric (Cupriavidus metallidurans, Bacillus sp., Solibacillus sp., and Planococcus sp.) and two endophytic bacteria (Serratia oryzae and S. odorifera) were identified. The effects of the bacteria on the growth and development of the model plant Arabidopsis were assessed both in agar plate and pot assays.

Results showed that these bacteria influence the vegetative growth and flowering time of Arabidopsis. In the next step, corms of saffron were inoculated with these bacteria and the growth and development of the saffron plants were monitored for five months. Remarkably, inoculation of the bacteria had significant influence on vegetative growth, flowering time, and stigma yield of saffron crocus.

Furthermore, one of the bacteria, C. metallidurans, is reported here for the first time as a naturally occurring plant-associated bacteria. Altogether our results suggest that plant microbiome is an important factor in phenotypic variation in saffron crocus.