DOI: https://doi.org/10.3389/fpls.2026.1754365
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41919035
تاريخ النشر: 2026-03-16
المؤلف: M. A. Conti وآخرون
الموضوع الرئيسي: تركيب الغذاء وخصائصه
نظرة عامة
تسعى صناعة الدواجن بشكل متزايد إلى بدائل للمضادات الحيوية الاصطناعية لمكافحة مقاومة المضادات الحيوية، لا سيما فيما يتعلق بالتهاب الأمعاء النخري الناتج عن *Clostridium perfringens*. تبحث هذه الدراسة في الإمكانات المضادة للميكروبات (AM) لحبوب السورغوم غير المحتوية على التانين، والتي تُعرف بأنها تحتوي على مركبات نشطة حيوياً، وخاصة الفينولات، التي تظهر نشاطاً مضاداً للميكروبات. تم إجراء تحليلين على مجموعة سلالات هجين معاد (RIL) لتقييم النشاط المضاد للميكروبات ضد *C. perfringens*: تحليل الحد الأدنى من التركيز المثبط (MIC) وطريقة قائمة على qPCR باستخدام الحبوب المهضومة إنزيمياً. أظهرت النتائج أن بعض سلالات RIL أظهرت نشاطاً مضاداً للميكروبات يعادل سلالات السورغوم المحتوية على التانين، على الرغم من عدم وجود جينات Tan1 وTan2 الوظيفية. من المهم أن هذه السلالات لم تظهر آثاراً سلبية على الأداء الزراعي أو جودة الحبوب، وأظهرت ارتباطات إيجابية مع الصفات المرغوبة مثل إنتاج الحبوب ومقاومة العفن.
تسلط النتائج الضوء على إمكانات السورغوم غير المحتوي على التانين كخيار علفي مستدام يمكن أن يقلل الاعتماد على المضادات الحيوية الاصطناعية دون المساس بالصفات الزراعية الأساسية. حددت الدراسة خمسة مواقع صفات كمية (QTLs) مرتبطة بالنشاط المضاد للميكروبات، بما في ذلك موقع QTL ذو التأثير الكبير على الكروموسوم 1 عند 25.85 ميغابايت، والذي يمكن استخدامه في برامج التربية لتعزيز الصفات المضادة للميكروبات في السورغوم. يجب أن تركز الأبحاث المستقبلية على العوامل البيئية التي تؤثر على النشاط المضاد للميكروبات والمركبات أو المسارات الأيضية المحددة المسؤولة عن هذه التأثيرات، مما سيساعد في تطوير استراتيجيات تربية مستهدفة لتحسين أصناف السورغوم.
مقدمة
تسلط مقدمة هذه الورقة البحثية الضوء على المخاوف الكبيرة المتعلقة بمقاومة المضادات الحيوية المرتبطة بأنظمة الإنتاج الحيواني المكثف، لا سيما في صناعة الدواجن، التي تستخدم جزءاً كبيراً من المضادات الحيوية العالمية. المرض السائد، التهاب الأمعاء النخري (NE)، الناتج عن البكتيريا *Clostridium perfringens*، يطرح تحديات كبيرة في الإدارة ويزداد سوءاً بسبب انخفاض قابلية هذا العامل الممرض للمضادات الحيوية نتيجة الاستخدام المطول لمروجات النمو المضادة للميكروبات (AGPs). تهدد هذه الحالة استدامة الإنتاج الحيواني وتستدعي استكشاف حلول بديلة، مثل دمج الأعلاف الكافية غذائياً التي تحتوي على خصائص مضادة للميكروبات (AM) طبيعية.
يُعتبر السورغوم (*Sorghum bicolor*) مرشحاً واعداً بسبب مستوياته العالية من المركبات النشطة حيوياً، بما في ذلك المركبات الفينولية التي تظهر خصائص مضادة للأكسدة ومضادة للميكروبات. بينما يمكن أن تثبط التانينات المكثفة في السورغوم نمو *C. perfringens*، فإنها تمتلك أيضاً آثاراً مضادة للتغذية قد تقلل من كفاءة العلف. تهدف الدراسة إلى التحقيق في النشاط المضاد للميكروبات لحبوب السورغوم غير المحتوية على التانين ضد *C. perfringens* وتأثيره على الأداء الزراعي وتركيب الحبوب. باستخدام مجموعة سلالات هجين معاد (RIL)، ستستخدم الأبحاث تقنيات مثل تحليل الحد الأدنى من التركيز المثبط (MIC) وتقييمات تثبيط النمو في المختبر لتوضيح العلاقة بين الصفات المضادة للميكروبات ومختلف الخصائص الظاهرية، مما يساهم في فهم العوامل الوراثية التي تؤثر على النشاط المضاد للميكروبات في السورغوم.
طرق
في هذه الدراسة، تم تقييم مجموعة من 189 سلالة هجين معاد (RILs) مشتقة من تزاوج بين Tx2911 وP850029 للنشاط المضاد للميكروبات (AM) ضد *Clostridium perfringens*. تم إجراء التجربة الميدانية في مركز كليمسون للبحوث والتعليم في بي دي، باستخدام تصميم شبكة ألفا مع نسختين. شمل الإعداد التجريبي التسميد قبل الزراعة والتسميد الإضافي، بالإضافة إلى استراتيجيات إدارة الأعشاب والآفات لضمان ظروف نمو مثلى. أظهرت سلالات RIL مجموعة من النشاط المضاد للميكروبات، حيث أظهرت عينة السورغوم المحتوية على التانين أقل حد أدنى من التركيز المثبط (MIC) وتثبيطاً كبيراً في اختبارات المختبر، بينما أظهرت عينة الذرة نشاطاً عالياً مضاداً للميكروبات في المختبر ولكن لم يكن لها تأثير مثبط في اختبار MIC.
أظهر مقارنة النشاط المضاد للميكروبات عبر طريقتين للكشف عدم وجود ارتباط كبير (r = -0.099، p = 0.166)، مما يشير إلى اختلافات كبيرة في تصنيف النشاط المضاد للميكروبات. من الجدير بالذكر أن 15 سلالة RIL تم تصنيفها باستمرار على أنها ذات نشاط مضاد للميكروبات مرتفع من قبل كلا الطريقتين، مما يشير إلى إمكانية دمج الأليلات المفيدة لصفات النشاط المضاد للميكروبات. أظهرت نتائج MIC تكراراً أعلى (r = 0.70) مقارنة باختبار المختبر (r = 0.40)، مع تأثيرات جينية تمثل معظم التباين في القيم المستمدة من MIC. بالمقابل، أظهرت نتائج المختبر تبايناً ظاهرياً أكبر، على الأرجح بسبب الحساسية البيئية. بالإضافة إلى ذلك، بينما لم يتم العثور على اختلافات كبيرة في النشاط المضاد للميكروبات بين ألوان القشرة في نتائج MIC، أظهرت سلالات bR نشاطاً مضاداً للميكروبات أعلى في اختبار المختبر مقارنة بسلالات R وW. بشكل عام، تسلط النتائج الضوء على إمكانات سلالات RIL المحددة كمصادر قيمة لتعزيز الجينات في برامج تربية السورغوم.
نتائج
يقدم قسم “النتائج” في الورقة البحثية النتائج الرئيسية المستمدة من التجارب أو التحليلات التي تم إجراؤها. يوضح النتائج الناتجة عن اختبارات مختلفة، مع تسليط الضوء على الاتجاهات والأنماط المهمة التي لوحظت في البيانات. غالباً ما تكون النتائج مصحوبة بتحليلات إحصائية، والتي قد تشمل قيم p، وفترات الثقة، أو أحجام التأثير، للتحقق من النتائج وتقييم أهميتها.
بالإضافة إلى ذلك، قد يتضمن القسم تمثيلات بصرية مثل الرسوم البيانية أو الجداول لتوضيح النتائج بوضوح. تساعد هذه الوسائل البصرية في تعزيز فهم البيانات ودعم الاستنتاجات المستخلصة. بشكل عام، توفر النتائج نظرة شاملة على نتائج البحث، مما يؤسس لأساس لمزيد من المناقشة والتفسير في الأقسام اللاحقة من الورقة.
مناقشة
في هذه الدراسة، شملت جمع البيانات الميدانية قياس مختلف الصفات الزراعية للسورغوم، بما في ذلك عدد النباتات، والأيام حتى الإزهار (DTA)، وارتفاع النبات، وعدد النورات لكل قطعة (PPP). تم إجراء تقييمات الأمراض لمرض الأنثراكنوز وشدة العفن الحبيبي (SGM) باستخدام مقاييس تقييم بصرية. شمل الحصاد جمع النورات يدوياً لحساب الغلة وتحليلات التركيب، التي تم إجراؤها باستخدام مطيافية الأشعة تحت الحمراء القريبة (NIRS) لتحديد الكميات الكبيرة والصغيرة من العناصر الغذائية. تم تقييم النشاط المضاد للميكروبات (AM) ضد *Clostridium perfringens* من خلال اختبارات الحد الأدنى من التركيز المثبط (MIC) والهضم في المختبر، مما يكشف عن مجموعة من قيم MIC بين سلالات الهجين المعاد (RILs)، مع تباين كبير في النشاط المضاد للميكروبات المرتبط بلون القشرة.
تم إجراء تحليل الجينات على شتلات F7 لتحديد تعدد الأشكال النوكليوتيدية المفردة (SNPs) باستخدام تقنية مصفوفات التنوع (DArT). استخدمت التحليلات الإحصائية نماذج مختلطة لتقدير قيم الصفات وتصنيف سلالات RIL بناءً على النشاط المضاد للميكروبات. أظهرت النتائج متوسط MIC قدره 8.39 ملغ/ml، مع تصنيف 48 سلالة RIL على أنها ذات نشاط مضاد للميكروبات مرتفع. كما سلطت الدراسة الضوء على العلاقة بين لون القشرة والنشاط المضاد للميكروبات، مع تصنيفات متميزة لسلالات RIL إلى فئات عالية ومتوسطة ومنخفضة بناءً على أدائها في كل من اختبارات MIC واختبارات المختبر. بشكل عام، تؤكد النتائج على التباين الجيني في النشاط المضاد للميكروبات بين سلالات السورغوم وآثاره المحتملة على برامج التربية التي تهدف إلى تعزيز مقاومة الأمراض.
DOI: https://doi.org/10.3389/fpls.2026.1754365
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41919035
Publication Date: 2026-03-16
Author(s): M. A. Conti et al.
Primary Topic: Food composition and properties
Overview
The poultry industry is increasingly seeking alternatives to synthetic antibiotics to combat antibiotic resistance, particularly in relation to necrotic enteritis caused by *Clostridium perfringens*. This study investigates the antimicrobial (AM) potential of non-tannin sorghum grain, which is known to contain bioactive compounds, primarily phenolics, that exhibit AM activity. Two analyses were conducted on a recombinant inbred line (RIL) population to assess the AM activity against *C. perfringens*: a minimum inhibitory concentration (MIC) analysis and a qPCR-based method using enzymatically digested grain. Results indicated that certain RILs demonstrated AM activity comparable to tannin sorghums, despite lacking functional Tan1 and Tan2 genes. Importantly, these lines did not show adverse effects on agronomic performance or grain quality, and they exhibited positive correlations with desirable traits such as grain yield and mold resistance.
The findings highlight the potential of non-tannin sorghum as a sustainable feed option that can reduce reliance on synthetic antibiotics without compromising essential agricultural traits. The study identified five quantitative trait loci (QTLs) associated with AM activity, including a major-effect QTL on chromosome 1 at 25.85 Mb, which can be utilized in breeding programs to enhance AM traits in sorghum. Future research should focus on the environmental factors affecting AM activity and the specific compounds or metabolic pathways responsible for these effects, which will aid in the development of targeted breeding strategies for improved sorghum varieties.
Introduction
The introduction of this research paper highlights the significant concerns surrounding antibiotic resistance linked to intensive animal production systems, particularly in the poultry industry, which utilizes a substantial portion of global antimicrobials. The prevalent disease, necrotic enteritis (NE), caused by the bacterium *Clostridium perfringens*, poses considerable management challenges and is exacerbated by the declining susceptibility of this pathogen to antibiotics due to the prolonged use of antimicrobial growth promoters (AGPs). This situation threatens the sustainability of animal production and necessitates the exploration of alternative solutions, such as the incorporation of nutritionally sufficient feedstuffs with natural antimicrobial (AM) properties.
Sorghum (*Sorghum bicolor*) is identified as a promising candidate due to its high levels of bioactive compounds, including phenolic compounds that exhibit antioxidant and AM properties. While condensed tannins in sorghum can inhibit *C. perfringens* growth, they also possess anti-nutritional effects that may reduce feed efficiency. The study aims to investigate the AM activity of non-tannin sorghum grain against *C. perfringens* and its impact on agronomic performance and grain composition. Utilizing a recombinant inbred line (RIL) population, the research will employ techniques such as minimum inhibitory concentration (MIC) analysis and in vitro growth inhibition assessments to elucidate the relationship between AM traits and various phenotypic characteristics, thereby contributing to the understanding of genetic factors influencing AM activity in sorghum.
Methods
In this study, a population of 189 recombinant inbred lines (RILs) derived from a cross between Tx2911 and P850029 was evaluated for antimicrobial (AM) activity against *Clostridium perfringens*. The field trial was conducted at the Clemson University Pee Dee Research and Education Center, utilizing an alpha-lattice design with two replicates. The experimental setup included pre-plant and supplemental fertilization, as well as herbicide and pest management strategies to ensure optimal growth conditions. The RILs exhibited a range of AM activity, with the high-tannin sorghum sample showing the lowest minimum inhibitory concentration (MIC) and significant inhibition in in vitro assays, while the corn sample demonstrated high AM activity in vitro but no inhibitory effect in the MIC assay.
The comparison of AM activity across two detection methods revealed no significant correlation (r = -0.099, p = 0.166), indicating substantial differences in AM classification. Notably, 15 RILs were consistently classified as having high AM activity by both methods, suggesting potential for combining beneficial alleles for AM traits. The MIC results showed higher repeatability (r = 0.70) compared to the in vitro assay (r = 0.40), with genotypic effects accounting for most variance in MIC-derived values. In contrast, the in vitro results exhibited greater phenotypic variance, likely due to environmental sensitivity. Additionally, while no significant differences in AM activity were found among pericarp colors in the MIC results, bR RILs exhibited higher AM activity in the in vitro assay compared to R and W RILs. Overall, the findings highlight the potential of specific RILs as valuable sources for germplasm enhancement in sorghum breeding programs.
Results
The “Results” section of the research paper presents the key findings derived from the conducted experiments or analyses. It details the outcomes of various tests, highlighting significant trends and patterns observed in the data. The results are often accompanied by statistical analyses, which may include p-values, confidence intervals, or effect sizes, to validate the findings and assess their significance.
Additionally, the section may include visual representations such as graphs or tables to illustrate the results clearly. These visual aids serve to enhance the understanding of the data and support the conclusions drawn. Overall, the results provide a comprehensive overview of the research outcomes, establishing a foundation for further discussion and interpretation in subsequent sections of the paper.
Discussion
In this study, field data collection involved measuring various agronomic traits of sorghum, including stand count, days to anthesis (DTA), plant height, and panicle count per plot (PPP). Disease assessments for Anthracnose and grain mold severity (SGM) were conducted using visual rating scales. Harvesting involved hand-harvesting panicles for yield calculations and compositional analyses, which were performed using near-infrared spectroscopy (NIRS) to quantify macro- and micronutrients. The antimicrobial (AM) activity against *Clostridium perfringens* was evaluated through minimum inhibitory concentration (MIC) assays and in vitro digestion, revealing a range of MIC values among the recombinant inbred lines (RILs), with significant variability in AM activity linked to pericarp color.
Genotyping was performed on F7 seedlings to identify single-nucleotide polymorphisms (SNPs) using Diversity Arrays Technology (DArT). Statistical analyses employed mixed-effects models to estimate trait values and classify RILs based on AM activity. The results indicated a mean MIC of 8.39 mg/ml, with 48 RILs classified as high AM activity. The study also highlighted the correlation between pericarp color and AM activity, with distinct classifications of RILs into high, medium, and low AM categories based on their performance in both MIC and in vitro assays. Overall, the findings underscore the genetic variability in AM activity among sorghum lines and its potential implications for breeding programs aimed at enhancing disease resistance.