DOI: https://doi.org/10.5423/ppj.rw.01.2024.0019
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38835296
تاريخ النشر: 2024-05-30
المؤلف: Hyojun Seo وآخرون
الموضوع الرئيسي: تفاعلات النباتات والميكروبات والمناعة
نظرة عامة
جنس *Flavobacterium*، الذي ينتمي إلى شعبة Bacteroidota، لم يتم استكشافه بشكل كافٍ على الرغم من وجوده الكبير في مناطق جذور النباتات. كشفت تحليلات الميكروبيوم الحديثة أن أنواع *Flavobacterium* يمكن أن تؤثر بشكل إيجابي على صحة النباتات من خلال تعزيز النمو، ومقاومة الأمراض، وتحمل الضغوط غير الحيوية. ومع ذلك، تظل الآليات الجزيئية والعوامل البكتيرية التي تسهل هذه التفاعلات المفيدة غير معروفة إلى حد كبير. تستعرض هذه المراجعة النتائج الحديثة حول الأدوار البيئية لـ *Flavobacterium* في بيئات النباتات وتقترح آليات محتملة لتفاعلاتها مع النباتات، مع التأكيد على الحاجة إلى مزيد من البحث لفك شفرة تطبيقاتها الزراعية.
لتحسين فهمنا لدور *Flavobacterium* في الميكروبيومات النباتية، فإن تطوير أدوات جينية محددة لهذه البكتيريا أمر ضروري، حيث أثبتت الطرق التقليدية لبكتيريا Proteobacteria عدم فعاليتها. تشمل الأسئلة البحثية الرئيسية عزل وزراعة أنواع *Flavobacterium* غير المزروعة، وتفاعلاتها مع الكائنات الدقيقة المحلية، والآليات التي تتعرف بها النباتات على هذه البكتيريا وتسمح لها بالاستعمار. سيتطلب معالجة هذه الأسئلة مزيجًا من تقنيات البيولوجيا الجزيئية التقليدية وطرق متعددة الأومكس المتقدمة، مثل الميتاجينوميات والبروتيوميات. على الرغم من وضعها المهمل مقارنةً ببكتيريا تعزيز نمو النباتات المعروفة (PGPR) مثل *Pseudomonas* و*Bacillus*، فإن التقدم الأخير في تحليل الميتاجينوميات يبرز أهمية *Flavobacterium* في تعزيز صحة النباتات المضيفة، مما يستدعي مزيدًا من التحقيق في أدوارها داخل الميكروبيوم النباتي.
نقاش
يشمل جنس *Flavobacterium* مجموعة متنوعة من البكتيريا ذات الأدوار البيئية المهمة في البيئات المائية والبرية. تكشف التحليلات الجينومية لـ 240 نوعًا و378 سلالة معزولة أن أنواع *Flavobacterium* شائعة في النظم البيئية للمياه العذبة والبحرية، حيث تعمل كعوامل ممرضة للأسماك وكملقحات للمواد العضوية. من الجدير بالذكر أن بعض الأنواع تظهر خصائص قاتلة للطحالب، مما يمنع ازدهار الطحالب الضارة. في البيئات البرية، تساهم أنواع *Flavobacterium* في صحة التربة ونمو النباتات، مع وجود ملحوظ في منطقة الجذور، حيث تُعتبر من الأنواع الأساسية في الميكروبيومات النباتية. تختلف أنشطتها الأيضية بين البيئات، حيث تظهر السلالات المائية ميلاً لاستخدام الببتيدات، بينما تفضل السلالات البرية استقلاب الكربوهيدرات، مما يشير إلى أدوارها المحتملة في دورة الكربون وتعزيز نمو النباتات.
تسلط الأبحاث الضوء على التفاعلات المفيدة بين أنواع *Flavobacterium* والنباتات، بما في ذلك مقاومة الأمراض وتعزيز النمو. تم تحديد سلالات معينة تحمي النباتات من الممرضات وتعزز النمو من خلال آليات مثل إنتاج الهرمونات النباتية وتحلل المغذيات. بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن تمنح أنواع *Flavobacterium* تحمل الضغوط غير الحيوية من خلال تنشيط المسارات الجزيئية المتعلقة بالضغط. تستدعي الآليات الكامنة وراء هذه التفاعلات، بما في ذلك استعمار الجذور وإنتاج الحويصلات الغشائية الخارجية (OMVs) التي قد تعدل من مناعة النبات، مزيدًا من التحقيق. على الرغم من إمكانياتها، تظل أدوار *Flavobacterium* في صحة النباتات غير مستكشفة مقارنةً ببكتيريا تعزيز نمو النباتات الأكثر رسوخًا (PGPR) مثل *Pseudomonas* و*Bacillus*. يجب أن تركز الأبحاث المستقبلية على توضيح المسارات الجينية والبيوكيميائية المعنية في هذه التفاعلات للاستفادة من فوائدها في الزراعة.
DOI: https://doi.org/10.5423/ppj.rw.01.2024.0019
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38835296
Publication Date: 2024-05-30
Author(s): Hyojun Seo et al.
Primary Topic: Plant-Microbe Interactions and Immunity
Overview
The genus Flavobacterium, part of the phylum Bacteroidota, has been relatively underexplored despite its significant presence in plant rhizospheres. Recent microbiome analyses have revealed that Flavobacterium species can positively influence plant health through growth promotion, disease resistance, and abiotic stress tolerance. However, the molecular mechanisms and bacterial determinants that facilitate these beneficial interactions remain largely unknown. This review synthesizes recent findings on the ecological roles of Flavobacterium in plant environments and proposes potential mechanisms for their interactions with plants, emphasizing the need for further research to unlock their agricultural applications.
To enhance our understanding of Flavobacterium’s role in plant microbiomes, the development of genetic tools specific to these bacteria is essential, as traditional methods for Proteobacteria have proven ineffective. Key research questions include the isolation and cultivation of uncultured Flavobacterium species, their interactions with indigenous microorganisms, and the mechanisms by which plants recognize and allow colonization by these bacteria. Addressing these questions will require a combination of traditional molecular biology techniques and advanced multi-omics approaches, such as metagenomics and proteomics. Despite their overlooked status compared to established plant growth-promoting rhizobacteria (PGPR) like Pseudomonas and Bacillus, recent advances in metagenomic analysis underscore the importance of Flavobacterium in enhancing host plant health, warranting further investigation into their roles within the plant microbiome.
Discussion
The genus *Flavobacterium* encompasses a diverse group of bacteria with significant ecological roles in both aquatic and terrestrial environments. Genomic analyses of 240 species and 378 isolated strains reveal that *Flavobacterium* species are prevalent in freshwater and marine ecosystems, where they function as pathogens for fish and as decomposers of organic matter. Notably, certain species exhibit algicidal properties, inhibiting harmful algal blooms. In terrestrial settings, *Flavobacterium* species contribute to soil health and plant growth, with a notable presence in the rhizosphere, where they are recognized as core taxa in plant microbiomes. Their metabolic activities differ between environments, with aquatic strains showing a propensity for peptide utilization and terrestrial strains favoring carbohydrate metabolism, indicating their potential roles in carbon cycling and plant growth promotion.
Research highlights the beneficial interactions between *Flavobacterium* species and plants, including disease resistance and growth promotion. Specific strains have been identified that protect plants from pathogens and enhance growth through mechanisms such as the production of phytohormones and nutrient solubilization. Additionally, *Flavobacterium* species can confer abiotic stress tolerance by activating stress-related molecular pathways. The mechanisms underlying these interactions, including root colonization and the production of outer membrane vesicles (OMVs) that may modulate plant immunity, warrant further investigation. Despite their potential, the roles of *Flavobacterium* in plant health remain underexplored compared to more established plant growth-promoting rhizobacteria (PGPR) like *Pseudomonas* and *Bacillus*. Future research should focus on elucidating the genetic and biochemical pathways involved in these interactions to harness their benefits in agriculture.