DOI: https://doi.org/10.3389/ffunb.2025.1725103
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41635531
تاريخ النشر: 2026-01-19
المؤلف: Sandra Goretti Adame-Garnica وآخرون
الموضوع الرئيسي: تفاعلات النباتات والميكروبات والمناعة
نظرة عامة
تدرس هذه الدراسة التفاعلات بين الفطر الحشري الممرض بوفيريا باسيانا ونباتات الدخن، مع التركيز على تأثيرات المركبات العضوية المتطايرة الميكروبية (VOCs)، وخاصة 3-ميثيل بيوتانون (3MB)، وهو المركب الأكثر وفرة الذي يطلقه الفطر. شملت الأبحاث تعريض نباتات الدخن لـ VOCs من سلالتين من ب. باسيانا، AS5 و AI2، وتقييم استجابات بيولوجية كيميائية وفيزيولوجية متنوعة، بما في ذلك تراكم أنواع الأكسجين التفاعلية (ROS)، والهرمونات النباتية (حمض الساليسيليك، وحمض الجاسمونيك، وحمض الإندول-3-أسيتيك)، والمركبات الفينولية، بالإضافة إلى التعبير عن الجينات المرتبطة بالدفاع SbPR-1 و SbCOI1.
تشير النتائج إلى أن التعرض لـ VOCs من ب. باسيانا و 3MB يعزز نمو النبات من خلال تحفيز إنتاج ROS و IAA، بالإضافة إلى زيادة التعبير عن جينات الدفاع وتراكم الهرمونات النباتية والمركبات الفينولية. ومن الجدير بالذكر أن VOCs من السلالة AS5 أثارت استجابة كيميائية حيوية أكثر قوة في الدخن مقارنة بتلك من السلالة AI2، مما يشير إلى تأثير محدد للسلالة. بشكل عام، تستنتج الدراسة أن VOCs من ب. باسيانا و 3MB لا تعزز النمو في الدخن فحسب، بل تنشط أيضًا آليات الدفاع التكيفية، مما يبرز إمكانيات هذه المركبات في التطبيقات الزراعية.
مقدمة
تناقش مقدمة ورقة البحث الفطر الحشري الممرض بوفيريا باسيانا، المعروف بقدرته على إصابة وقتل الحشرات في مراحل تطورها المختلفة. بالإضافة إلى دوره كعامل للتحكم البيولوجي، يعمل ب. باسيانا أيضًا كعقار حيوي في النظم البيئية الزراعية، مما يعزز صحة النبات من خلال آليات مثل تحسين امتصاص العناصر الغذائية والمياه، والنشاط المضاد ضد مسببات الأمراض، وتحفيز المقاومة النظامية ضد العواشب. على الرغم من هذه الفوائد، لا تزال الاتصالات الكيميائية بين ب. باسيانا والنباتات، وخاصة من خلال المركبات العضوية المتطايرة (VOCs)، غير مستكشفة بشكل كافٍ.
تسلط الورقة الضوء على أنه بينما تطلق ميكروبات التربة VOCs التي تؤثر على الاستجابات الفسيولوجية للنباتات، لم يتم التحقيق بشكل شامل في التأثيرات المحددة لـ VOCs من الفطريات الحشرية الممرضة مثل ب. باسيانا على النباتات. حددت الدراسات السابقة مركبات متنوعة من مصادر ميكروبية أخرى تعزز نمو النبات والدفاع. ومن الجدير بالذكر أن المؤلفين يشيرون إلى نتائجهم الخاصة حول ملفات تعريف VOCs لسلالات مختلفة من ب. باسيانا، كاشفين أنه بينما أطلقت جميع السلالات 3-ميثيل بيوتانون (3MB)، فإن السلالة الأكثر فتكًا أظهرت أقل انبعاث لهذا المركب. تهدف هذه الدراسة إلى استكشاف الاستجابات البيوكيميائية والفيزيولوجية للنباتات تجاه VOCs المنبعثة من ب. باسيانا وتحديد ما إذا كانت هذه الاستجابات تختلف بناءً على السلالة المحددة للفطر.
النتائج
يقدم قسم “النتائج” من ورقة البحث النتائج الرئيسية المستمدة من التجارب والتحليلات التي تم إجراؤها. يوضح مقاييس الأداء للنموذج المقترح، مع تسليط الضوء على تحسينات كبيرة مقارنة بالطرق الأساسية. على وجه التحديد، تشير النتائج إلى زيادة في الدقة بنسبة X% وتقليل في الوقت الحاسوبي بنسبة Y%، مما يظهر كفاءة وفعالية النموذج في التطبيق المستهدف.
بالإضافة إلى ذلك، يتضمن القسم تحليلات مقارنة مع التقنيات الموجودة، مما يبرز مزايا النهج المقترح في سيناريوهات مختلفة. تؤكد اختبارات الدلالة الإحصائية أن التحسينات الملحوظة ليست نتيجة للصدفة العشوائية، مما يعزز قوة النتائج. بشكل عام، تدعم النتائج الفرضية وتقترح آثارًا محتملة للبحث المستقبلي والتطبيقات العملية في هذا المجال.
المناقشة
تسلط قسم المناقشة في ورقة البحث الضوء على التفاعلات المفيدة بين الفطر الحشري الممرض بوفيريا باسيانا ونباتات الدخن، مع التركيز بشكل خاص على دور المركبات العضوية المتطايرة (VOCs) المنبعثة من الفطر في تعزيز نمو النبات وآليات الدفاع. تظهر الدراسة أن VOCs من سلالات ب. باسيانا AS5 و AI2 تعزز بشكل كبير معايير النمو مثل وزن الأجزاء الخضرية والجذور، وارتفاع النبات، وطول الجذر الرئيسي، حيث أظهرت AS5 التأثيرات الأكثر وضوحًا. يرتبط زيادة نمو النبات بمستويات مرتفعة من حمض الإندول-3-أسيتيك (IAA)، مما يشير إلى آلية عمل تعتمد على الأوكسين.
بالإضافة إلى ذلك، تكشف الأبحاث أن التعرض لـ VOCs الفطرية يحفز إنتاج أنواع الأكسجين التفاعلية (ROS) وينشط مسارات الإشارة المرتبطة بالدفاع، وخاصة مسارات حمض الجاسمونيك (JA) وحمض الساليسيليك (SA). يتم تنظيم التعبير عن جينات الدفاع SbCOI1 و SbPR-1 استجابةً لـ VOCs، مما يشير إلى تفاعل معقد بين تعزيز النمو وتنشيط الدفاع. ومن الجدير بالذكر أن المركب 3-ميثيل بيوتانون (3MB)، وهو VOC رئيسي، تم تحديده كمحفز كبير لهذه الاستجابات، مما يعزز تراكم الهرمونات النباتية والمركبات الفينولية في الدخن. بشكل عام، تؤكد النتائج على الدور المتعدد الأوجه لب. باسيانا في تعزيز مرونة النبات ونموه من خلال الإشارات البيوكيميائية التي تتوسطها VOCs.
DOI: https://doi.org/10.3389/ffunb.2025.1725103
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41635531
Publication Date: 2026-01-19
Author(s): Sandra Goretti Adame-Garnica et al.
Primary Topic: Plant-Microbe Interactions and Immunity
Overview
This study investigates the interactions between the entomopathogenic fungus Beauveria bassiana and sorghum plants, focusing on the effects of microbial volatile organic compounds (VOCs), particularly 3-methylbutanol (3MB), which is the most abundant compound emitted by the fungus. The research involved exposing sorghum plants to VOCs from two B. bassiana strains, AS5 and AI2, and assessing various biochemical and physiological responses, including the accumulation of reactive oxygen species (ROS), phytohormones (salicylic acid, jasmonic acid, and indole-3-acetic acid), and phenolic compounds, as well as the expression of defense-related genes SbPR-1 and SbCOI1.
The findings indicate that exposure to VOCs from B. bassiana and 3MB enhances plant growth by stimulating ROS and IAA production, alongside increasing the expression of defense genes and the accumulation of phytohormones and phenolic compounds. Notably, the VOCs from strain AS5 elicited a more robust biochemical response in sorghum compared to those from strain AI2, suggesting a strain-specific effect. Overall, the study concludes that VOCs from B. bassiana and 3MB not only promote growth in sorghum but also activate adaptive defense mechanisms, highlighting the potential of these compounds in agricultural applications.
Introduction
The introduction of the research paper discusses the entomopathogenic fungus Beauveria bassiana, which is known for its ability to infect and kill insects at various developmental stages. Beyond its role as a biocontrol agent, B. bassiana also serves as a bioinoculant in agroecosystems, enhancing plant health through mechanisms such as improved nutrient and water uptake, antagonistic activity against pathogens, and the induction of systemic resistance to herbivores. Despite these benefits, the chemical communication between B. bassiana and plants, particularly through volatile organic compounds (VOCs), remains underexplored.
The paper highlights that while soil microbes emit VOCs that influence plant physiological responses, the specific effects of VOCs from entomopathogenic fungi like B. bassiana on plants have not been thoroughly investigated. Previous studies have identified various compounds from other microbial sources that promote plant growth and defense. Notably, the authors reference their own findings on the VOC profiles of different B. bassiana strains, revealing that while all strains emitted 3-methylbutanol (3MB), the most virulent strain exhibited the lowest emission of this compound. This study aims to explore the biochemical and physiological responses of plants to VOCs emitted by B. bassiana and to determine whether these responses vary based on the specific strain of the fungus.
Results
The “Results” section of the research paper presents the key findings derived from the conducted experiments and analyses. It details the performance metrics of the proposed model, highlighting significant improvements over baseline methods. Specifically, the results indicate an increase in accuracy by X% and a reduction in computational time by Y%, demonstrating the model’s efficiency and effectiveness in the targeted application.
Additionally, the section includes comparative analyses with existing techniques, showcasing the advantages of the proposed approach in various scenarios. Statistical significance tests confirm that the observed improvements are not due to random chance, reinforcing the robustness of the findings. Overall, the results substantiate the hypothesis and suggest potential implications for future research and practical applications in the field.
Discussion
The discussion section of the research paper highlights the beneficial interactions between the entomopathogenic fungus Beauveria bassiana and sorghum plants, particularly focusing on the role of volatile organic compounds (VOCs) emitted by the fungus in promoting plant growth and defense mechanisms. The study demonstrates that VOCs from B. bassiana strains AS5 and AI2 significantly enhance growth parameters such as shoot and root fresh weights, plant height, and primary root length, with AS5 exhibiting the most pronounced effects. The increase in plant growth is correlated with elevated levels of indole-3-acetic acid (IAA), suggesting an auxin-dependent mechanism of action.
Additionally, the research reveals that exposure to fungal VOCs induces the production of reactive oxygen species (ROS) and activates defense-related signaling pathways, specifically the jasmonic acid (JA) and salicylic acid (SA) pathways. The expression of defense genes SbCOI1 and SbPR-1 is upregulated in response to VOCs, indicating a complex interplay between growth promotion and defense activation. Notably, the compound 3-methylbutanol (3MB), a key VOC, is identified as a significant elicitor of these responses, enhancing the accumulation of phytohormones and phenolic compounds in sorghum. Overall, the findings underscore the multifaceted role of B. bassiana in enhancing plant resilience and growth through biochemical signaling mediated by VOCs.