DOI: https://doi.org/10.1007/s44297-025-00051-6
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41649661
تاريخ النشر: 2025-06-04
المؤلف: Inês Rebelo Romão وآخرون
الموضوع الرئيسي: دراسات إدارة وتوصيف الديدان الخيطية
نظرة عامة
تقدم هذه القسم نظرة عامة على الميكروبيوتا المرتبطة بالبذور، مع التأكيد على دورها الحيوي في تفاعلات النبات والميكروبات وتأثيرها على صحة النبات ومرونته وتطوره. على عكس الميكروبيومات في التربة أو منطقة الجذور، تعتبر ميكروبيوتا البذور جزءًا لا يتجزأ من تكاثر النبات، مما يسهل كل من النقل العمودي والأفقي للميكروبات المفيدة. تؤثر هذه المجتمعات بشكل كبير على العمليات الأساسية للنبات مثل الإنبات، وتحمل الضغوط، واكتساب العناصر الغذائية، ومقاومة مسببات الأمراض، مما يجهز النباتات بشكل فعال مع مجموعة ميكروبية مصممة خصيصًا.
على الرغم من التقدم في البحث، لا تزال هناك فجوات كبيرة في فهم اكتساب الميكروبات المرتبطة بالبذور، والديناميات البيئية، والأدوار الوظيفية. كشفت تقنيات مثل التسلسل عالي الإنتاجية وعلم الميتاجينوم عن تنوع هذه الميكروبيوتا، مما يبرز إمكاناتها للابتكار الزراعي. تلخص المراجعة المعرفة الحالية حول التركيب وآليات الوراثة لميكروبيوتا البذور بينما تستكشف استراتيجيات للاستفادة من هذه الميكروبات في الزراعة المستدامة، بما في ذلك هندسة الميكروبيوم والتربية من أجل التوافق الميكروبي. يمكن أن يؤدي معالجة هذه الفجوات المعرفية إلى تعزيز مرونة المحاصيل بشكل كبير وتقليل الاعتماد على المدخلات الكيميائية، مما يحدث ثورة في ممارسات الزراعة المستدامة.
مقدمة
تسلط مقدمة ورقة البحث الضوء على الاهتمام المتزايد في تفاعلات النبات والميكروبات، وخاصة دور ميكروبيوتا البذور في تعزيز الإنتاجية الزراعية والمرونة. تؤكد على أن الميكروبات المرتبطة بالبذور – التي تتكون من البكتيريا والفطريات والعتائق – ضرورية لاكتساب العناصر الغذائية، وتحمل الضغوط، ومقاومة الأمراض. على عكس الميكروبيومات في التربة والجذور، يمكن نقل ميكروبيوتا البذور عبر الأجيال، مما يسمح بالوراثة الميكروبية العمودية والأفقية. لا يضمن هذا النقل فقط التفاعلات المفيدة ولكن أيضًا يؤسس أساسًا لتطوير الميكروبيومات اللاحقة في منطقة الجذور ومنطقة الأوراق.
تناقش الورقة الدور النشط للنباتات في تشكيل مجتمعاتها الميكروبية من خلال آليات كيميائية حيوية وجينية، مما يسهل استقطاب الميكروبات المفيدة بينما يمنع مسببات الأمراض. الآثار الوظيفية لميكروبيوتا البذور كبيرة، حيث تساهم في الإنبات، ونمو الشتلات، والمرونة ضد الضغوط البيئية. من ناحية أخرى، يمكن أن تهدد الميكروبات المسببة للأمراض صحة النبات في وقت مبكر من دورة حياتها. تهدف المراجعة إلى تلخيص تركيب ميكروبيوتا البذور، وآليات الوراثة الميكروبية، وآثارها على صحة النبات، بينما تستكشف أيضًا التطبيقات المستقبلية في الزراعة المستدامة، مثل هندسة الميكروبيوم واللقاحات الحيوية للبذور، لتعزيز الوظائف المفيدة وتقليل الاعتماد على المدخلات الاصطناعية.
نقاش
تسلط قسم النقاش في ورقة البحث الضوء على أهمية ميكروبيوتا البذور، وهي مجتمع متنوع من الميكروبات المرتبطة بالبذور التي تلعب دورًا حيويًا في صحة النبات وتطوره. تتميز هذه الميكروبيوتا بتركيز أعلى من الميكروبات المفيدة مقارنة بتلك الموجودة في الجذور والتربة، مما يؤثر على عمليات مثل إنبات البذور، ونمو الشتلات، ومقاومة الضغوط البيئية. يمكن تقسيم ميكروبيوتا البذور إلى مجتمعات أساسية وعابرة؛ تتكون الميكروبيوتا الأساسية من أنواع ميكروبية مستقرة تستعمر البذور باستمرار عبر بيئات مختلفة، بينما تكون الميكروبيوتا العابرة ميكروبات انتهازية تستعمر البذور مؤقتًا وتتأثر بعوامل خارجية مثل نوع التربة والمناخ.
تشمل المجموعات الميكروبية الرئيسية داخل ميكروبيوتا البذور بكتيريا مفيدة مثل *Pseudomonas* و*Bacillus* و*Streptomyces*، التي تعزز نمو النبات وتحمي من مسببات الأمراض. كما تساهم الفطريات، بما في ذلك *Trichoderma* و*Penicillium*، بشكل إيجابي، على الرغم من أن بعض الأجناس مثل *Fusarium* يمكن أن تكون ضارة. يتشكل تركيب ميكروبيوتا البذور من خلال عوامل متعددة، بما في ذلك الجينوم النباتي، والظروف البيئية، والممارسات الزراعية، التي تؤثر مجتمعة على تنوع الميكروبات ووظيفتها. لقد عززت التقدمات الأخيرة في تقنيات التسلسل وعلم الأوميكس من فهم هذه المجتمعات الميكروبية، كاشفة عن تفاعلاتها المعقدة وأدوارها الوظيفية في دعم صحة النبات. تؤكد آليات الوراثة الميكروبية، من خلال كل من النقل العمودي والأفقي، على الطبيعة الديناميكية لميكروبيوتا البذور، مما يوازن بين الاستقرار والقدرة على التكيف لتحسين مرونة النبات وإنتاجيته.
DOI: https://doi.org/10.1007/s44297-025-00051-6
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41649661
Publication Date: 2025-06-04
Author(s): Inês Rebelo Romão et al.
Primary Topic: Nematode management and characterization studies
Overview
The section provides an overview of seed-associated microbiota, emphasizing their crucial role in plant-microbe interactions and their impact on plant health, resilience, and development. Unlike soil or rhizosphere microbiomes, seed microbiota are integral to plant reproduction, facilitating both vertical and horizontal transmission of beneficial microbes. These communities significantly influence essential plant processes such as germination, stress tolerance, nutrient acquisition, and pathogen resistance, effectively equipping plants with a tailored microbial consortium.
Despite advancements in research, there remain substantial gaps in understanding the acquisition, ecological dynamics, and functional roles of seed-associated microbes. Techniques such as high-throughput sequencing and metagenomics have unveiled the diversity of these microbiota, underscoring their potential for agricultural innovation. The review synthesizes existing knowledge on the composition and inheritance mechanisms of seed microbiota while exploring strategies for leveraging these microbes in sustainable agriculture, including microbiome engineering and breeding for microbial compatibility. Addressing these knowledge gaps could significantly enhance crop resilience and reduce dependence on chemical inputs, thereby revolutionizing sustainable agricultural practices.
Introduction
The introduction of the research paper highlights the growing interest in plant-microbe interactions, particularly the role of seed microbiota in enhancing agricultural productivity and resilience. It emphasizes that microorganisms associated with seeds—comprising bacteria, fungi, and archaea—are crucial for nutrient acquisition, stress tolerance, and disease resistance. Unlike soil and root microbiomes, seed microbiota can be transmitted across generations, allowing for vertical and horizontal microbial inheritance. This transmission not only ensures beneficial interactions but also establishes a foundation for the development of subsequent microbiomes in the rhizosphere and phyllosphere.
The paper discusses the active role of plants in shaping their microbial communities through biochemical and genetic mechanisms, which facilitate the recruitment of beneficial microbes while inhibiting pathogens. The functional implications of the seed microbiota are significant, as they contribute to germination, seedling growth, and resilience against environmental stressors. Conversely, pathogenic microorganisms can threaten plant health early in their life cycle. The review aims to summarize the composition of seed microbiota, mechanisms of microbial inheritance, and their implications for plant health, while also exploring future applications in sustainable agriculture, such as microbiome engineering and seed bioinoculants, to enhance beneficial functions and reduce reliance on synthetic inputs.
Discussion
The discussion section of the research paper highlights the significance of the seed microbiota, a diverse community of microorganisms associated with seeds that plays a crucial role in plant health and development. This microbiota is characterized by a higher concentration of beneficial microorganisms compared to those found in roots and soil, influencing processes such as seed germination, seedling growth, and resistance to environmental stresses. The seed microbiota can be divided into core and transient communities; the core microbiota consists of stable microbial taxa that consistently colonize seeds across various environments, while transient microbiota are opportunistic microbes that colonize seeds temporarily and are influenced by external factors like soil type and climate.
Key microbial groups within the seed microbiota include beneficial bacteria such as *Pseudomonas*, *Bacillus*, and *Streptomyces*, which promote plant growth and protect against pathogens. Fungi, including *Trichoderma* and *Penicillium*, also contribute positively, although some genera like *Fusarium* can be detrimental. The composition of the seed microbiota is shaped by multiple factors, including plant genotype, environmental conditions, and agricultural practices, which collectively influence microbial diversity and functionality. Recent advancements in sequencing and omics techniques have enhanced the understanding of these microbial communities, revealing their complex interactions and functional roles in supporting plant health. The mechanisms of microbial inheritance, through both vertical and horizontal transmission, further underscore the dynamic nature of the seed microbiota, balancing stability and adaptability to optimize plant resilience and productivity.