DOI: https://doi.org/10.1186/s40793-024-00638-6
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39550594
تاريخ النشر: 2024-11-16
المؤلف: Zengwei Feng وآخرون
الموضوع الرئيسي: تثبيت النيتروجين في البقوليات
نظرة عامة
تقدم هذه القسم نظرة عامة على الدور الحاسم للإفرازات الجذرية في الوساطة بين جذور النباتات والميكروبات في منطقة الجذور، والتي تؤثر بشكل كبير على تجميع ووظائف الميكروبيوم الجذري. أظهرت الأبحاث الحديثة أن الإفرازات الجذرية تلعب دورًا أساسيًا في جذب الميكروبات المفيدة التي تعزز مقاومة النباتات للآفات الموجودة في التربة. ومع ذلك، فإن تركيبة وكمية هذه الإفرازات تحددها إلى حد كبير العديد من الجينات، مما يشير إلى أساس وراثي معقد لا يزال غير مستكشف بشكل كافٍ، خاصة فيما يتعلق بالعلاقة بين جينات النبات، والإفرازات الجذرية، والميكروبات المرتبطة بمقاومة الأمراض.
تؤكد المراجعة على إمكانيات التقنيات الوراثية المتقدمة، مثل رسم خرائط الصفات الكمية (QTL) والدراسات المرتبطة بالجنس على مستوى الجينوم (GWAS)، لسد الفجوات المعرفية الحالية. يمكن أن تسهل هذه المنهجيات تحديد الجينات المرتبطة بالصفات الكمية للإفرازات الجذرية. يلخص المؤلفون النتائج الحديثة حول التفاعل بين النباتات وميكروبات منطقة الجذور عبر الإفرازات الجذرية، بهدف تعزيز فهم مقاومة الأمراض الموجودة في التربة واقتراح طرق لت quantifying مساهمة الميكروبيوم الجذري في هذه المقاومة، إلى جانب تحديد الجينات المعنية في جذب الميكروبات المفيدة.
مقدمة
تسلط المقدمة الضوء على الحاجة الملحة لتعزيز غلة المحاصيل العالمية بسبب محدودية الأراضي القابلة للزراعة والأثر الضار للآفات النباتية على الإنتاجية الزراعية. تم الإشارة إلى خسائر كبيرة في الغلة تُعزى إلى الأمراض، مع تقديرات تشير إلى خسائر بنسبة 21.0% في الأرز، و19.5% في القمح، ومحاصيل أخرى. بينما يمكن أن تخفف العلاجات الكيميائية من هذه الخسائر، إلا أنها تحمل مخاطر مثل مقاومة الآفات والأضرار البيئية. وبالتالي، أصبحت تحسين مقاومة الأمراض النباتية (PDR) استراتيجية مستدامة، تشمل مسارات وراثية وكيميائية حيوية معقدة، بما في ذلك المقاومة النظامية المحفزة (ISR) والمقاومة المكتسبة النظامية (SAR).
يتم التأكيد على دور الميكروبيوم الجذري – المجتمعات الميكروبية في منطقة جذور النبات – كعنصر حاسم في مقاومة الأمراض النباتية، حيث يعمل بشكل مشابه لميكروبيوم الأمعاء البشرية. توضح المقدمة مسارين لمقاومة الأمراض النباتية: “المسار النباتي”، الذي يتم تفعيله بواسطة الآفات في غياب ميكروبات أخرى، و”مسار الميكروبيوم الجذري”، الذي يعتمد على التفاعلات الميكروبية. فهم هذه المسارات أمر ضروري لتعزيز مقاومة الأمراض النباتية، خاصة من خلال الإفرازات الجذرية، التي تعمل كمواد غذائية وجزيئات إشارة للتفاعلات الميكروبية. تناقش المقدمة أيضًا التقدم في التقنيات الوراثية مثل رسم خرائط الصفات الكمية (QTL) والدراسات المرتبطة بالجنس على مستوى الجينوم (GWAS) التي يمكن أن تساعد في تحديد الجينات المرتبطة بمقاومة الأمراض النباتية. تهدف المراجعة إلى تجميع النتائج الحديثة حول تفاعلات النباتات مع منطقة الجذور واقتراح منهجيات لت quantifying مساهمة الميكروبيوم الجذري في مقاومة الأمراض النباتية.
نقاش
تؤكد قسم النقاش في ورقة البحث على الدور الحاسم للميكروبيوم الجذري في تعزيز مقاومة الأمراض في التربة من خلال آليات مختلفة. تسهم الميكروبات في منطقة الجذور، التي تتميز بتنوعها العالي ووظيفتها، بشكل كبير في صحة النبات من خلال تسهيل اكتساب العناصر الغذائية، وتوفير المقاومة للضغوط غير الحيوية، والانخراط في السيطرة البيولوجية ضد الآفات. تتنافس هذه الميكروبات مع الآفات الموجودة في التربة على الموارد، وتقوم بتخليق مواد مضادة للميكروبات، وتثبط مساعدي الآفات، وتفعيل استجابات المناعة النباتية. على سبيل المثال، يمكن للفطريات الميكورية الجذرية أن تقمع أعداد الآفات من خلال احتلال الأماكن وتعزيز امتصاص العناصر الغذائية، بينما يمكن أن تنتج سلالات بكتيرية معينة مركبات مضادة للميكروبات وتعدل مسارات الإشارة النباتية لتعزيز مقاومة الأمراض.
علاوة على ذلك، يبرز القسم أهمية الإفرازات الجذرية كحلقة وصل بين جذور النباتات وميكروبات منطقة الجذور، مما يؤثر على تركيبة المجتمع الميكروبي ويعزز آليات الدفاع النباتية. يمكن أن تجذب الإفرازات الجذرية الميكروبات المفيدة التي تحسن من مرونة النبات ضد الآفات، كما يتضح في دراسات مختلفة تشمل أنواع نباتية مختلفة. تناقش الورقة أيضًا الحاجة إلى مزيد من البحث لت quantifying مساهمات مسار الميكروبيوم الجذري في مقاومة الأمراض النباتية (PDR) وتحديد المواقع المرتبطة بالصفات الكمية (QTLs) والجينات المعنية في عملية الجذب هذه. بشكل عام، تؤكد النتائج على التفاعلات المتعددة الأوجه بين النباتات وميكروبيومها الجذري، والتي تعزز بشكل جماعي صحة النبات ومقاومته للأمراض.
DOI: https://doi.org/10.1186/s40793-024-00638-6
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39550594
Publication Date: 2024-11-16
Author(s): Zengwei Feng et al.
Primary Topic: Legume Nitrogen Fixing Symbiosis
Overview
The section provides an overview of the critical role of root exudates in mediating interactions between plant roots and rhizosphere microbes, which significantly influence the assembly and functionality of the rhizobiome. Recent research has demonstrated that root exudates are instrumental in attracting beneficial microbes that enhance plant resistance to soil-borne pathogens. However, the composition and quantity of these exudates are largely determined by numerous genes, indicating a complex genetic basis that remains underexplored, particularly regarding the relationship between plant genes, root exudates, and disease resistance-associated microbes.
The review emphasizes the potential of advanced genetic technologies, such as quantitative trait loci (QTL) mapping and genome-wide association studies (GWAS), to bridge existing knowledge gaps. These methodologies can facilitate the identification of genes linked to the quantitative traits of root exudates. The authors summarize recent findings on the interplay between plants and rhizosphere microbes via root exudates, aiming to enhance understanding of soil-borne disease resistance and to propose methods for quantifying the rhizobiome’s contribution to this resistance, alongside identifying the genes involved in recruiting beneficial microbes.
Introduction
The introduction highlights the pressing need to enhance global crop yields due to limited arable land and the detrimental impact of plant pathogens on agricultural productivity. Significant yield losses attributed to diseases are noted, with estimates indicating losses of 21.0% in rice, 19.5% in wheat, and other crops. While chemical treatments can mitigate these losses, they pose risks such as pathogen resistance and environmental harm. Consequently, improving plant disease resistance (PDR) has emerged as a sustainable strategy, involving complex genetic and biochemical pathways, including induced systemic resistance (ISR) and systemic acquired resistance (SAR).
The role of the rhizobiome—microbial communities in the plant rhizosphere—is emphasized as crucial for PDR, functioning similarly to the human gut microbiome. The introduction delineates two pathways for PDR: the ‘plant pathway,’ which is activated by pathogens in the absence of other microbes, and the ‘rhizobiome pathway,’ which relies on microbial interactions. Understanding these pathways is essential for enhancing PDR, particularly through root exudates, which serve as nutrients and signaling molecules for microbial interactions. The introduction also discusses advancements in genetic techniques such as quantitative trait locus (QTL) mapping and genome-wide association studies (GWAS) that can aid in identifying genes associated with PDR. The review aims to synthesize recent findings on plant-rhizosphere interactions and propose methodologies to quantify the rhizobiome’s contribution to PDR.
Discussion
The discussion section of the research paper emphasizes the critical role of the rhizobiome in enhancing soil disease resistance through various mechanisms. Rhizosphere microbes, characterized by their high diversity and functionality, significantly contribute to plant health by facilitating nutrient acquisition, providing resistance to abiotic stresses, and engaging in biocontrol against pathogens. These microbes compete with soil-borne pathogens for resources, synthesize antimicrobial substances, inhibit pathogen helpers, and activate plant immune responses. For instance, arbuscular mycorrhizal fungi can suppress pathogen populations by occupying niches and enhancing nutrient uptake, while specific bacterial strains can produce antimicrobial compounds and modulate plant signaling pathways to bolster disease resistance.
Furthermore, the section highlights the importance of root exudates as a bridge between plant roots and rhizosphere microbes, influencing microbial community composition and enhancing plant defense mechanisms. Root exudates can recruit beneficial microbes that improve plant resilience against pathogens, as demonstrated in various studies involving different plant species. The paper also discusses the need for further research to quantify the contributions of the rhizobiome pathway to plant disease resistance (PDR) and to identify quantitative trait loci (QTLs) and genes involved in this recruitment process. Overall, the findings underscore the multifaceted interactions between plants and their rhizobiome, which collectively enhance plant health and resistance to diseases.