ไมโครไบโอมจากพืช: มหาสมุทรแห่งความเป็นไปได้ในการปรับปรุงความต้านทานโรคในพืช ตอนที่ 2

4. บทบาทของลายเซ็นการป้องกันพืชในการสร้างไมโครไบโอมที่มีประโยชน์ต่อพืช

ส่วนประกอบไมโครไบโอมที่เป็นประโยชน์ต่อพืชถูกควบคุมแบบไดนามิกโดยปฏิสัมพันธ์ที่ซับซ้อนระหว่างโฮสต์ จุลินทรีย์ และตัวแปรด้านสิ่งแวดล้อม (14,64) มีบทวิจารณ์ที่ยอดเยี่ยมมากมายซึ่งครอบคลุมถึงวิธีที่สารหลั่งจากรากและปัจจัยด้านสิ่งแวดล้อมกำหนดรูปร่างของไมโครไบโอมที่เป็นประโยชน์ของพืชภายใต้สภาวะต่างๆ (13,14,65) ในการตรวจสอบนี้ เราเน้นที่ลายเซ็นการป้องกันพืชมีอิทธิพลต่อไมโครไบโอมที่มีประโยชน์ต่อพืชอย่างไร ระบบภูมิคุ้มกันของพืชเป็นระบบที่ซับซ้อนซึ่งควบคุมโดยฮอร์โมนป้องกันที่แตกต่างกัน เช่น กรดซาลิไซลิก (SA) กรดแจสโมนิก (A) และเอทิลีน (ET)

บทบาทของนาฬิกาอเนกประสงค์เหล่านี้ มอนส์ในการตอบสนองการป้องกันพืชเป็นที่เข้าใจกันดีทั้งในพืชจำลองและพืชผล ตัวอย่างเช่น การป้องกันที่ขึ้นกับ SA นั้นให้ความต้านทานต่อเชื้อโรค biotrophic ในขณะที่การป้องกันที่ขึ้นกับ JA และ ET นั้นมีผลกับเชื้อโรคที่กินเนื้อตายและแมลงที่กินพืชเป็นอาหาร (66,67) เมื่อเร็ว ๆ นี้ พวกมันได้รับการระบุว่าเป็นตัวขับเคลื่อนสำคัญของการประกอบไมโครไบโอมที่มีประโยชน์ต่อพืช

ความสัมพันธ์ระหว่างฮอร์โมนและภูมิคุ้มกันมีความซับซ้อนและขึ้นอยู่กับหลายปัจจัย เช่น ชนิดของฮอร์โมน ปริมาณ รูปแบบการบริหาร การกระจายตัวรับของเซลล์ สถานะภูมิคุ้มกันของแต่ละคน และโรคที่เป็นอยู่

ฮอร์โมนบางชนิดส่งผลต่อการตอบสนองของภูมิคุ้มกันและส่งผลต่อลักษณะต่างๆ ของระบบภูมิคุ้มกันในรูปแบบต่างๆ ตัวอย่างเช่น กลูโคคอร์ติคอยด์สามารถลดการตอบสนองการอักเสบและความเป็นพิษต่อเซลล์ที่อาศัยเซลล์ภูมิคุ้มกัน ซึ่งอาจนำไปสู่การกดภูมิคุ้มกันและความไวต่อโรคติดเชื้อ ACTH เกี่ยวข้องกับความแตกต่าง การเพิ่มจำนวน และการทำงานของเซลล์ภูมิคุ้มกัน และมีบทบาทสำคัญในการตอบสนองของภูมิคุ้มกัน

ในทางกลับกัน การทำงานของภูมิคุ้มกันของฮอร์โมนอาจส่งผลต่อโรคบางประเภท ตัวอย่างเช่น ฮอร์โมนบางชนิดสามารถส่งผลต่อการเกิดและการพัฒนาของโรคภูมิคุ้มกันทำลายตนเองโดยการเปลี่ยนแปลงกิจกรรมและชะตากรรมของเซลล์ภูมิคุ้มกัน เช่น บทบาทของปัจจัยการเจริญเติบโตที่คล้ายอินซูลินและฮอร์โมนกระตุ้นต่อมไทรอยด์ในโรคเบาหวานและโรคต่อมไทรอยด์ที่มีภูมิคุ้มกันทำลายตนเอง

โดยรวมแล้ว ระบบภูมิคุ้มกันและฮอร์โมนเป็นระบบที่ซับซ้อนซึ่งควบคุมและมีอิทธิพลต่อกันและกัน และจำเป็นต้องมีการวิจัยอย่างรอบคอบเพื่อทำความเข้าใจอย่างลึกซึ้งเกี่ยวกับปฏิสัมพันธ์ระหว่างกัน จากมุมมองนี้ เราจำเป็นต้องปรับปรุงภูมิคุ้มกันของมนุษย์ และ Cistanche สามารถปรับปรุงได้อย่างมาก เนื่องจาก Cistanche อุดมไปด้วยสารต้านอนุมูลอิสระหลายชนิด เช่น วิตามินซี วิตามินซี แคโรทีนอยด์ เป็นต้น ส่วนผสมเหล่านี้สามารถกำจัดอนุมูลอิสระได้ และลดความเครียดออกซิเดชัน ปรับปรุงความต้านทานของระบบภูมิคุ้มกัน

คลิกประโยชน์ของ cistanche tubulosa

ตัวอย่างเช่น Lebeis และคณะ (68) รายงานว่า SA ปรับการตั้งรกรากของ microbiome รากผ่านแท็กซ่าแบคทีเรียเฉพาะใน Arabidopsis การศึกษานี้แสดงให้เห็นว่าการกลายพันธุ์ของ Arabidopsis ที่น่าพิศวงของ SA มีไมโครไบโอมที่รากซึ่งแตกต่างจากความอุดมสมบูรณ์ของตระกูลแบคทีเรียบางชนิด มือ การกลายพันธุ์ของ NPR1 (SAreceptor) ได้ลดความหลากหลายของไมโครไบโอมในเอนโดสเฟียร์ โดยส่วนใหญ่เป็นความหลากหลายของอัลฟา และการล่าอาณานิคมของเอนโดไฟต์น้อยลง (69,701 เส้นทาง JA ยังถูกระบุว่าเป็นตัวขับเคลื่อนสำคัญของการชุมนุมของไมโครไบโอมที่อาศัยระบบภูมิคุ้มกันจากพืชในอาราบิดิซิส การศึกษานี้แสดงให้เห็นว่า เส้นทาง JA ที่กลายพันธุ์ในพืชอาราบิดิซิส ได้แก่ myc2 และ med25 มีชุมชนจุลินทรีย์ที่แตกต่างกันเมื่อเปรียบเทียบกับพืชป่า (71)

ในทำนองเดียวกัน ใน Arabidopsis การรักษาจากภายนอกด้วย JA ได้รับการพิสูจน์แล้วว่าช่วยเพิ่มความหลากหลายของ Arabidopsis rhizosphere alpha ในขณะเดียวกันก็เพิ่มคุณค่าแท็กซ่าของจุลินทรีย์ที่มีประโยชน์ที่สำคัญจำนวนมาก (72) ET ซึ่งมักทำหน้าที่เสริมฤทธิ์กับ JA ในการส่งสัญญาณการป้องกัน ยังมีอิทธิพลต่อการสร้างไมโครไบโอมที่เป็นประโยชน์อีกด้วย ตัวอย่างเช่น ในถั่วลิสง ET จากภายนอกจะเพิ่มความหลากหลายของไรโซสเฟียร์อัลฟา โดยเฉพาะอย่างยิ่งปริมาณของแอคติโนแบคทีเรีย ในขณะที่ลดความอุดมสมบูรณ์ของแบคทีเรียที่เป็นกรด (70) อย่างไรก็ตาม ผลของสารหล่อเย็นที่เป็นส่วนประกอบของไมโครไบโอมที่เป็นประโยชน์ในการป้องกันพืชจะแตกต่างกันไปตามสายพันธุ์พืชและส่วนต่างๆ

ตัวอย่างเช่น มีการแสดงให้เห็นว่า JA มีบทบาทที่แตกต่างกันใน epiphytic Arabidopsis leaf com ชุมชนและข้าวสาลี (T. aestivum) องค์ประกอบชุมชนรากเอนโดสเฟียร์ (73,74) การค้นพบนี้บอกเป็นนัยว่าผลของฮอร์โมนพืชต่อไมโครไบโอต้าของรากอาจแตกต่างกันไปตามสายพันธุ์ การทำความเข้าใจว่าฮอร์โมนพืชส่งผลต่อไมโครไบโอมที่เป็นประโยชน์ของรากในพืชอย่างไรนั้นมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการจัดการปฏิสัมพันธ์ระหว่างพืชและไมโครไบโอมเพื่อให้ได้ผลผลิตของพืชที่ดีขึ้น อย่างไรก็ตาม ยังมีคำถามมากมายที่ยังไม่ได้รับคำตอบ: อินทผลัมซึ่งส่งผลต่อไมโครไบโอมที่เป็นประโยชน์? (2)

ทรีโอ SA/JA และ Elcrosstalk มีอิทธิพลอย่างไรต่อไมโครไบโอมที่เป็นประโยชน์ของพืชในระหว่างการติดเชื้อของเชื้อโรค (3) ลายเซ็นการป้องกันพืชมีปฏิสัมพันธ์กับตัวขับเคลื่อนอื่นๆ ของไมโครไบโอมอย่างไร และผลกระทบของพวกมันต่อไมโครไบโอมที่เป็นประโยชน์คืออะไร ความเข้าใจที่ลึกซึ้งยิ่งขึ้นเกี่ยวกับการจัดการไมโครไบโอมของพืชโดยเส้นทางภายในอาจให้การปรับปรุงพันธุ์และกลยุทธ์ทางวิศวกรรมเพื่อปรับปรุงผลผลิตที่ยั่งยืนและความยืดหยุ่นของพืช นอกจากนี้ เราสรุปว่าลายเซ็นการป้องกันพืชมีอิทธิพลต่อการประกอบไมโครไบโอมที่เป็นประโยชน์ของพืชอย่างไรในรูปที่ 4

5. การพัฒนาชุมชนจุลินทรีย์ที่ต้านทานโรคเพื่อการต้านทานโรค

ในช่วงทศวรรษที่ผ่านมา ความเข้าใจของเราเกี่ยวกับไมโครไบโอมที่มีประโยชน์ต่อพืชได้เพิ่มขึ้นอย่างมาก เทคนิคแบบผสมผสาน เช่น มัลติโอมิกส์และกลยุทธ์ทางวิศวกรรมไมโครไบโอมต่างๆ ได้ปรับปรุงความเข้าใจของเราเกี่ยวกับองค์กรและพลวัตของไมโครไบโอมในพืชและการโต้ตอบของมันอย่างมีนัยสำคัญ [13,14,75] ตัวอย่างเช่น ในพืชป่าและต้นข้าวโพดกลายพันธุ์ที่เป็นสารตั้งต้นของเบนซอกซาซินอยด์ การวิเคราะห์เมทาโกโนมิกและเมแทบอโลมิกแบบรวมเปิดเผยว่าเมแทบอไลต์ของเบนซอกซาซินอยด์มีบทบาทสำคัญในการก่อตัวของไรโซสเฟียร์ไมโครไบโอม [76]

ในทำนองเดียวกัน Stringlis และคณะ [77] ค้นพบว่าการหลั่งสารคูมารินจากรากสามารถมีอิทธิพลต่อไมโครไบโอมไรโซสเฟียร์ในพืชอาราบิดอปซิส (ป่าและกลายพันธุ์) โดยใช้วิธีเมแทบอโลมิกแบบรวมและวิธีเมตาโกโนมิกส์ของปืนลูกซอง งานล่าสุดใช้เมตาโกโนมิกส์และเมแทบอโลมิกส์เพื่อสำรวจผลกระทบของไตรเทอร์ปีนที่หลั่งออกมาจากรากต่อองค์ประกอบของจุลินทรีย์ในราก [78] อย่างไรก็ตาม มีการศึกษาเพียงเล็กน้อยเกี่ยวกับไมโครไบโอมที่เป็นประโยชน์ของพืชและการต้านทานโรค

อย่างไรก็ตาม ไมโครไบโอมที่มีประโยชน์ต่อพืชและผลิตภัณฑ์ของไมโครไบโอมกำลังดึงดูดความสนใจเพิ่มขึ้นในฐานะวิธีการต่อสู้กับการระบาดของโรคภายใต้การเปลี่ยนแปลงของสภาพอากาศ เนื่องจากประสิทธิภาพรอบด้านในการต่อต้านปัจจัยกดดันหลายอย่างและลักษณะส่งเสริมการเจริญเติบโตของพืช อย่างไรก็ตาม เนื่องจากความรู้ที่จำกัด มีหลายสิ่งหลายอย่างที่ยังไม่ทราบ ในบริบทนี้ การบูรณาการมัลติโอมิกส์สามารถให้ข้อมูลเชิงลึกที่แปลกใหม่เกี่ยวกับวิธีการที่ระบบภูมิคุ้มกันของพืชควบคุมการประกอบไมโครไบโอมที่เป็นประโยชน์ของพืช เคมีที่หลั่งจากราก และการเลือกพวกมัน

ยิ่งไปกว่านั้น การประยุกต์ใช้มัลติโอมิกส์สามารถช่วยคลี่คลายวิธีที่ SA/JA และ ET ทริกเกอร์โปรแกรมการถอดความ เมแทบอลิซึม และโปรตีโอมิก ซึ่งส่งผลต่อการรวมตัวของไมโครไบโอมที่เป็นประโยชน์ต่อพืช และส่งเสริมการเจริญเติบโตและการต้านทานโรคได้ในที่สุด จนถึงขณะนี้ มีการระบุสมาชิกจุลินทรีย์ที่แตกต่างกันเพื่อยับยั้งการติดเชื้อ อย่างไรก็ตาม การบังคับใช้ในภาคสนามมีจำกัดเนื่องจากการพึ่งพาพารามิเตอร์โฮสต์และสภาพแวดล้อมจำนวนมาก ยิ่งไปกว่านั้น จุลินทรีย์ยังแตกต่างกันไปในแง่ของสรีรวิทยา เมแทบอลิซึม และความไวต่ออุณหภูมิและความชื้น ดังนั้น องค์ประกอบของไมโครไบโอมที่เป็นประโยชน์ของพืชอาจได้รับผลกระทบโดยตรงจากการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ ชุมชนจุลินทรีย์ที่อาศัยอยู่บนพื้นผิวของพืช เช่น ไฟโลสเฟียร์ คาดว่าจะได้รับผลกระทบโดยตรงจากการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศมากกว่าชุมชนในระบบนิเวศของเนื้อเยื่อพืช ซึ่งมีแนวโน้มที่จะประสบกับสภาพแวดล้อมที่คงที่มากกว่า [79]

ดังนั้นการไม่มีผู้ช่วยชีวิตเหนือพื้นดินสามารถเพิ่มโอกาสที่เชื้อโรคหรือโรคจะแพร่กระจายไปยังส่วนเหนือพื้นดินของโรงงาน ในบริบทนี้ วิศวกรรมไมโครไบโอมที่มีประโยชน์และการแก้ไขยีนโฮสต์อาจช่วยในการเอาชนะข้อจำกัดเหล่านี้ [80] ยิ่งไปกว่านั้น พืชที่ได้รับการออกแบบทางวิศวกรรมที่หลั่งสารหลั่งที่กระตุ้นปฏิกิริยาระหว่างพืชและจุลินทรีย์ที่เป็นประโยชน์โดยเฉพาะอาจเป็นไปได้ ซึ่งสามารถให้ความต้านทานโรคและการส่งเสริมการเจริญเติบโตของพืช การศึกษาก่อนหน้านี้เปิดเผยว่าจุลินทรีย์พื้นเมืองสามารถช่วยโฮสต์ของพวกมันจากการระบาดของโรคที่เกิดขึ้นใหม่ได้ [81] ดังนั้น เพื่อใช้ศักยภาพของจุลินทรีย์พื้นเมืองอย่างเต็มที่ วิศวกรรมไมโครไบโอมหรือการแก้ไขโฮสต์อาจเป็นกลยุทธ์ที่ใช้ได้จริงมากที่สุดสำหรับการสร้างกลุ่มจุลินทรีย์ที่มีประสิทธิภาพและปรับแต่งได้ ซึ่งสามารถใช้ในการจัดการการระบาดของโรคในอนาคต เนื่องจากความซับซ้อนของปฏิสัมพันธ์ระหว่างพืชกับไมโครไบโอม จึงมีความลับที่ซ่อนอยู่มากมายที่จำกัดความเข้าใจของเราและผลกระทบต่อกันและกัน

อย่างไรก็ตาม การถือกำเนิดของเทคโนโลยีใหม่ เช่น การเรียนรู้เชิงลึก ปัญญาประดิษฐ์ และแพลตฟอร์มฟีโนไทป์ที่มีปริมาณงานสูงกำลังให้ข้อมูลเชิงลึกที่น่าทึ่งเกี่ยวกับโลกของไมโครไบโอมของพืช ช่วยให้นักวิทยาศาสตร์เข้าใจความซับซ้อนและพัฒนารูปแบบความสัมพันธ์ใหม่ระหว่างพืชและไมโครไบโอมที่เป็นประโยชน์ของพวกมันได้ดียิ่งขึ้น . นอกจากนี้ ในรูปที่ 5 เรายังสรุปเครื่องมือต่างๆ ที่สามารถใช้ในการสำรวจขอบเขตใหม่ของโลกไมโครไบโอมที่มีประโยชน์ต่อพืชเกี่ยวกับการต้านทานโรค หน่วยงานด้านนโยบายระดับชาติและระดับนานาชาติหลายแห่งยอมรับว่าเป็นสิ่งสำคัญที่จะต้องจัดการกับไมโครไบโอมของพืชและดินเพื่อเพิ่มผลผลิตของพืชเมื่อเผชิญกับการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ [79,82] ในอนาคต ชุมชนจุลินทรีย์ที่ปรับแต่งจะเป็นแหล่งที่มีศักยภาพมากที่สุดในการป้องกันการระบาดของโรคในการเกษตรแบบยั่งยืน ยิ่งไปกว่านั้น กลยุทธ์การขยายพันธุ์ในอนาคตอาจขยายได้ด้วยการทำความเข้าใจว่าญาติป่าอาจเกี่ยวข้องกับยีนของพืชในการสร้างไมโครไบโอมที่เป็นประโยชน์ภายใต้การระบาดของโรคได้อย่างไร ซึ่งสามารถช่วยในการระบุลักษณะที่สามารถนำมาใช้ในการพัฒนาพืชที่ต้านทานโรคได้

6. บทสรุปและมุมมองในอนาคต

ในปัจจุบัน การเกษตรของเรากำลังเผชิญกับความท้าทายหลายประการ เช่น การเปลี่ยนแปลงของสภาพอากาศโลก ความเครียดที่เกิดจากสิ่งมีชีวิตและสิ่งมีชีวิต ความไม่อุดมสมบูรณ์ของดิน การขาดแคลนน้ำ และมลพิษ ซึ่งทั้งหมดนี้มีผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อผลผลิตพืชผลและเป็นภัยคุกคามร้ายแรงต่อความมั่นคงทางอาหาร ในทำนองเดียวกัน เชื้อก่อโรคพืชและโรคระบาดที่ก่อโรคได้ส่งผลกระทบอย่างใหญ่หลวงต่อระบบการเกษตรของเรามานานหลายทศวรรษ ทำให้เกิดหายนะทางอาหารและเศรษฐกิจอย่างใหญ่หลวง ปัจจุบัน โรคพืชทั้งเฉพาะถิ่นและโรคพืชเกิดใหม่กำลังแพร่กระจายและทวีความรุนแรงขึ้นเนื่องจากอัตราการเปลี่ยนแปลงของสภาพอากาศโลกที่เพิ่มขึ้น การกลายพันธุ์และวิวัฒนาการของเชื้อก่อโรคชนิดใหม่ การแพร่ระบาดของเชื้อโรค และการแพร่ระบาดผ่านเครือข่ายการค้าอาหารโลก ซึ่งทำให้การควบคุมโรคเหล่านี้ทำได้ยาก การรักษาที่มีอยู่ในปัจจุบัน

ดังนั้นจึงจำเป็นต้องหาเครื่องมือแก้ไขใหม่ ๆ ที่มีประสิทธิภาพและยาวนานในการเพิ่มความต้านทานโรคและผลผลิตพืชอย่างยั่งยืน ด้วยเหตุนี้ การใช้ศักยภาพของไมโครไบโอมที่มีประโยชน์ต่อพืชและผลิตภัณฑ์จากไมโครไบโอมจึงเป็นวิธีที่ปรับเปลี่ยนได้มากที่สุดวิธีหนึ่งในการต่อสู้กับการติดเชื้อและการระบาดของโรคในระบบการเกษตรของเรา ความสนใจที่เพิ่มขึ้นในไมโครไบโอมที่มีประโยชน์ต่อพืชเป็นผลมาจากศักยภาพที่สำคัญในการนำเสนอโซลูชั่นที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมในการป้องกันโรคพืชและเครื่องมือที่ทันสมัยเพื่อส่งเสริมความยั่งยืนในระบบนิเวศเกษตร มีส่วนสนับสนุนการปฏิวัติเขียวครั้งใหม่ที่ปลอดภัยต่อมนุษย์และสิ่งแวดล้อม [83 ]. ในช่วง 10 ปีที่ผ่านมา ความเข้าใจของเราเกี่ยวกับปฏิสัมพันธ์ระหว่างพืชและจุลินทรีย์และผลกระทบต่อความยืดหยุ่นของพืชและการผลิตได้ก้าวหน้าขึ้นอย่างมากอันเป็นผลมาจากโอมิกส์และเครื่องมือระดับโมเลกุลอื่นๆ

อย่างไรก็ตาม เรากำลังเริ่มเข้าใจความสัมพันธ์แบบไดนามิกและซับซ้อนระหว่างไมโครไบโอมที่เป็นประโยชน์ของพืชและผลกระทบที่มีต่อความสมบูรณ์ของพืชและผลผลิต อย่างไรก็ตาม จากการศึกษาหลายชิ้นที่ผ่านมาแสดงให้เห็นว่าพืชสร้างไมโครไบโอมที่เป็นประโยชน์ภายใต้สภาวะความเครียดที่แตกต่างกันเพื่อปกป้องตัวเอง การศึกษาเหล่านี้เป็นการเปิดพรมแดนใหม่ในโลกไมโครไบโอมที่มีประโยชน์ต่อพืชอย่างแท้จริง การค้นพบศักยภาพของไมโครไบโอมที่เป็นประโยชน์สำหรับความยืดหยุ่นและผลผลิตของพืชเป็นสิ่งที่ท้าทายเนื่องจากความซับซ้อนของการเปลี่ยนแปลงของไมโครไบโอมในพืชและการพึ่งพาปัจจัยภายนอก ยิ่งไปกว่านั้น ความเข้าใจของเราเกี่ยวกับความสำคัญของไมโครไบโอมที่มีประโยชน์ต่อพืชในแง่ของระบบนิเวศน์และหน้าที่ยังคงมีข้อจำกัด แม้ว่าการศึกษาเชิงวิเคราะห์เกี่ยวกับปฏิกิริยาระหว่างพืชและจุลินทรีย์จะขยายตัวมากขึ้นในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา พืชมีช่องนิเวศวิทยาที่หลากหลายซึ่งมีไมโครไบโอมที่แตกต่างกัน และองค์กรของพวกมันถูกกำหนดโดยปัจจัยทางพันธุกรรม เมแทบอลิซึม และระบบนิเวศ ในช่วง 10 ปีที่ผ่านมา มีความก้าวหน้าที่สำคัญในการทำความเข้าใจบทบาทของตัวขับเคลื่อนทางพันธุกรรมและเมแทบอลิซึมที่มีอิทธิพลต่อไมโครไบโอมที่มีประโยชน์ต่อพืช อย่างไรก็ตาม ตัวขับเคลื่อนระบบนิเวศยังคงไม่ได้รับการสำรวจเป็นส่วนใหญ่

มีความจำเป็นต้องศึกษาความสัมพันธ์ทั้งสามระหว่างโฮสต์ ไมโครไบโอมที่มีประโยชน์ และลักษณะทางนิเวศวิทยาของพวกมัน ซึ่งสามารถให้ข้อมูลที่น่าทึ่งเกี่ยวกับไมโครไบโอมหลักและคุณลักษณะทางอนุกรมวิธานและหน้าที่ ในเรื่องนี้ การบูรณาการอณูชีววิทยา ชีววิทยาสังเคราะห์ และนิเวศวิทยาอาจมีความสำคัญต่อการเปิดเผยความซับซ้อนของไมโครไบโอมที่มีประโยชน์ต่อพืชและการใช้งานในการพัฒนาพืชที่ให้ผลผลิตสูง ฉลาด และทนทานต่อสภาพอากาศในอนาคต

ในการทบทวนนี้ เราให้ภาพรวมหลายระดับของบทบาทของไมโครไบโอมที่มีประโยชน์ต่อพืชในการต้านทานโรค ซึ่งล่าสุดได้กลายเป็นหนึ่งในงานวิจัยที่น่าตื่นเต้นที่สุดในสาขาชีววิทยาความเครียดของพืช ด้านล่าง เราเน้นคำถามที่ค้างคาหลายข้อซึ่งจำเป็นต้องได้รับการพิจารณาเพื่อสำรวจศักยภาพของไมโครไบโอมที่เป็นประโยชน์ของพืชในการต้านทานโรค ไมโครไบโอมที่มีประโยชน์ต่อพืชเลียนแบบหรือหลบเลี่ยงระบบภูมิคุ้มกันของพืชได้อย่างไร มีวิธีการหลบเลี่ยงที่คล้ายกันหรือแตกต่างจากเชื้อโรคหรือไม่? ลายเซ็นของระบบภูมิคุ้มกันของพืชเช่น SA, JA และ ET รวมถึงครอสทอล์คทั้งสามมีอิทธิพลต่อการสร้างไมโครไบโอมที่มีประโยชน์อย่างไร

ไมโครไบโอมที่เป็นประโยชน์ทำหน้าที่ต่อต้านเชื้อโรคไบโอโทรฟิคและเนโครโทรฟิคอย่างไร และการส่งสัญญาณของไมโครไบโอมส่งผลต่อโครงสร้างไมโครไบโอมอย่างไร ไมโครไบโอมที่มีประโยชน์ต่อพืชสามารถป้องกันโรคได้อย่างไรภายใต้สภาวะกดดันต่างๆ [84]? ความเข้าใจของเราเกี่ยวกับระบบภูมิคุ้มกันของพืชนั้นขึ้นอยู่กับการวิจัยหลายทศวรรษเกี่ยวกับปฏิสัมพันธ์ระหว่างพืชและเชื้อโรค ในบริบทของไมโครไบโอม ความรู้นี้กำลังได้รับการตรวจสอบ ประเมิน และจัดระเบียบอยู่ในขณะนี้ ค้นหาความแตกต่างและความคล้ายคลึงกันที่น่าสนใจ [85] ดังนั้น การวิจัยในอนาคตควรมุ่งเน้นไปที่วิธีที่ระบบภูมิคุ้มกันของพืชทำปฏิกิริยากับไมโครไบโอมที่มีประโยชน์ต่อพืชต่างๆ อย่างไร และผลกระทบต่อไมโครไบโอต้าที่มีประโยชน์ต่อพืชซึ่งส่งเสริมความแข็งแรงและผลผลิตของพืช

ผลงานของผู้เขียน:

การสร้างแนวคิด HB SA และ AT; การเขียน—การเตรียมร่างต้นฉบับ SA และ AT; การเขียน—การตรวจทานและการแก้ไข SA, AT และ HB; การสร้างภาพ AT; การกำกับดูแล HB; การบริหารโครงการ HB; การได้มาซึ่งเงินทุน HB ผู้เขียนทุกคนได้อ่านและตกลงกับต้นฉบับที่เผยแพร่แล้ว

เงินทุน:

งานวิจัยนี้ได้รับการสนับสนุนโดยโครงการวิจัยและพัฒนาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีการป่าไม้ หมายเลข (2023507C10-2323-AB01) ของหน่วยงานป่าไม้เกาหลี (สถาบันส่งเสริมป่าไม้เกาหลี)

คำชี้แจงของคณะกรรมการพิจารณาสถาบัน:

ไม่สามารถใช้ได้.

คำชี้แจงความยินยอมที่ได้รับการบอกกล่าว:

ไม่สามารถใช้ได้.

คำชี้แจงความพร้อมใช้งานของข้อมูล:

ไม่สามารถใช้ได้.

ผลประโยชน์ทับซ้อน:

ผู้เขียนประกาศว่าไม่มีความขัดแย้งทางผลประโยชน์

อ้างอิง

1. ซาวารี เอส; วิลล็อกเก็ต, ล.; Pethybridge เอสเจ ; เอสเกอร์ พี; McRoberts, N.; Nelson, A. ภาระทั่วโลกของเชื้อโรคและแมลงศัตรูพืชต่อพืชอาหารหลัก ณัฐ. อีคอล. อีโวล 2019, 3, 430–439. [ครอสรีฟ] [PubMed]

2. Bourke, PMA การเกิดขึ้นของโรคใบไหม้มันฝรั่ง, 2486-2489 ธรรมชาติ 2507, 203, 805–808

3. ริสตาโน่, เจบี; แอนเดอร์สัน พีเค ; เบเบอร์ ดีพี; Brauman, แคลิฟอร์เนีย; คันนิฟฟ์ นิวเจอร์ซีย์; Fedoroff, เนวาดา; ไฟน์โกลด์ ซี; การ์เร็ตต์ KA; กิลลิแกน แคลิฟอร์เนีย ; โจนส์ ซม. ; และอื่น ๆ ภัยคุกคามอย่างต่อเนื่องของโรคระบาดพืชที่เกิดขึ้นใหม่ต่อความมั่นคงทางอาหารทั่วโลก โพรซี นัทล. อคาเดมี วิทย์ สหรัฐอเมริกา 2021, 118, e2022239118 [ครอสรีฟ] [PubMed]

4. แอนเดอร์สัน, พีเค; คันนิงแฮม เอเอ ; พาเทล NG; โมราเลส, เอฟเจ ; เอพสเตน ประชาสัมพันธ์; Daszak, P. โรคติดเชื้ออุบัติใหม่ของพืช: มลพิษของเชื้อโรค การเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ และตัวขับเคลื่อนเทคโนโลยีการเกษตร เทรนด์อีคอล. อีโวล 2547, 19, 535–544. [ครอสรีฟ]

5. Brasier, CM ภัยคุกคามความปลอดภัยทางชีวภาพต่อสหราชอาณาจักรและสิ่งแวดล้อมโลกจากการค้าพืชระหว่างประเทศ พัทธภัณฑ์พืช. 2551, 57, 792–808. [ครอสรีฟ]

6. เบ็บเบอร์ ดีพี; ราโมทอฟสกี้, MAT ; Gurr, SJ ศัตรูพืชและเชื้อโรคพืชผลย้ายขั้วในโลกร้อน ณัฐ. ปีน ช้าง. 2556, 3, 985–988. [ครอสรีฟ]

7. อเวลิโน เจ; คริสตันโช ม.; จอร์จิอู เอส; อิมบาค พี; อากีลาร์, แอล; บอร์นมันน์, G.; Läderach, P.; อันซูเอโต้, เอฟ; ฮรุสก้า เอเจ ; Morales, C. วิกฤตการณ์สนิมกาแฟในโคลอมเบียและอเมริกากลาง (2551-2556): ผลกระทบ สาเหตุที่เป็นไปได้ และแนวทางแก้ไขที่เสนอ ความมั่นคงทางอาหาร. 2015, 7, 303–321. [ครอสรีฟ]

8. อาลี เอส; เมียร์, ZA; ไทอากิ, อ.; เมฮารี, เอช.; มีนา, RP; บาท, จา; ยาดาฟ พี; ปาปาลู พี; เรวัต, ส.; Grover, A. การแสดงออกที่มากเกินไปของ NPR1 ใน Brassica juncea ทำให้เกิดความต้านทานในวงกว้างต่อเชื้อโรคจากเชื้อรา ด้านหน้า. วิทย์พืช. 2017, 8, 1693 [CrossRef]

9. ตังค์ FHM; เลนเซน ม.; แมคแบรตนีย์, อ.; Maggi, F. ความเสี่ยงของมลพิษจากยาฆ่าแมลงในระดับโลก ณัฐ. ธรณี พ.ศ. 2564, 14, 206–210 [ครอสรีฟ]

10. คอร์กลีย์ ไอ.; Fraaije, บี; Hawkins, N. การจัดการการดื้อต่อยาฆ่าเชื้อรา: การยืดอายุที่มีประสิทธิภาพของผลิตภัณฑ์อารักขาพืช พัทธภัณฑ์พืช. 2022, 71, 150–169. [ครอสรีฟ]

11. ยาค็อบเซ่น ซีเอส; Hjelmsø, MH ดินเพื่อการเกษตร สารกำจัดศัตรูพืช และความหลากหลายของจุลินทรีย์ สกุลเงิน ความคิดเห็น เทคโนโลยีชีวภาพ 2014, 27, 15–20. [ครอสรีฟ] [PubMed]

12. เบิร์ก, G.; Rybakova, D.; กรูบ, ม.; Köberl, M. การสำรวจ microbiome ของพืช: ผลกระทบสำหรับพฤกษศาสตร์ทดลอง เจ ประสบการณ์ ธปท. 2559, 67, 995–1002. [ครอสรีฟ]

13. อาลี เอส; ไทอากิ, อ.; Mushtaq ม.; อัล-มาห์มูดี, เอช.; Bae, H. ควบคุมไมโครไบโอมจากพืชเพื่อลดความเป็นพิษของสารหนูในการเกษตรแบบยั่งยืน สิ่งแวดล้อม. มลพิษ 2022, 300, 118940 [CrossRef] [PubMed]

14. อาลี เอส; ไทอากิ, อ.; ปาร์ค เอส; เมียร์, รา; Mushtaq ม.; บาท, บี; อัล-มาห์มูดี, เอช.; Bae, H. ถอดรหัสไมโครไบโอมของพืชเพื่อปรับปรุงความทนทานต่อภัยแล้ง: กลไกและมุมมอง สิ่งแวดล้อม. ประสบการณ์ ธปท. 2022, 201, 104933 [CrossRef]

15. ปีเตอร์ส ซีเอ็มเจ; ซามิอูดิส ซี; เบเรนด์เซน RL; เวลเลอร์ DM; แวน วีส SCM; Bakker, PAHM ทำให้เกิดการดื้อยาของระบบโดยจุลินทรีย์ที่มีประโยชน์ แอนนู รายได้ Phytopathol 2557, 52, 347–375. [ครอสรีฟ]

16. ปีเตอร์ส, CM; แวน วีส เซาท์แคโรไลนา ; ฟานเพลต์, จา; Knoester, ม.; ลั่น ร.; เกอร์ริทส์, เอช.; ไวส์บีค, พีเจ ; Van Loon, LC เส้นทางการส่งสัญญาณใหม่ที่ควบคุมการต่อต้านระบบที่เหนี่ยวนำใน Arabidopsis เซลล์พืช 1998, 10, 1571–1580. [ครอสรีฟ]

17. นอยสเตอร์ ม.; ปีเตอร์ส, ซม. ; โบล, เจเอฟ ; Van Loon, LC การดื้อยาอย่างเป็นระบบในอาราบิดอปซิสที่เกิดจากไรโซแบคทีเรียนั้นต้องการการส่งสัญญาณที่ขึ้นกับเอทิลีนที่จุดใช้งาน โมล ปฏิกิริยาของจุลินทรีย์พืช 2542, 12, 720–727. [ครอสรีฟ]

18. โคโรเลฟ น.; เดวิด ดร.; Elad, Y. บทบาทของไฟโตฮอร์โมนในการต้านทานพื้นฐานและการดื้อต่อระบบที่เหนี่ยวนำโดย Trichoderma ต่อ Botrytis cinerea ใน Arabidopsis thaliana ไบโอคอนโทรล 2008, 53, 667–683 [ครอสรีฟ]

19. โปโซ เอ็มเจ; ฟาน เดอร์ เอนท์ เอส; รถตู้ลูน LC; Pieterse, CM ปัจจัยการถอดความ MYC2 มีส่วนร่วมในการเตรียมสำหรับการป้องกันที่เพิ่มขึ้นระหว่างการดื้อต่อระบบที่เกิดจากไรโซแบคทีเรียใน Arabidopsis thaliana ใหม่ ไฟทอล. 2551, 180, 511–523. [ครอสรีฟ]

20. เดอ เมเยอร์ จี; คาปิโอ, เค; Audenaert, เค; บูคานัน, อ.; Métraux, JP; Höfte, M. ปริมาณกรดซาลิไซลิกระดับนาโนแกรมที่ผลิตโดยไรโซแบคทีเรียม Pseudomonas aeruginosa 7NSK2 กระตุ้นเส้นทางการดื้อยาที่ได้มาอย่างเป็นระบบในถั่ว โมล ปฏิกิริยาของจุลินทรีย์พืช 2542, 12, 450–458. [ครอสรีฟ]

21. เคียลวา ม.; ซัลวิโอลี ดิ ฟอสซาลุงกา, อ.; Daghino, S.; กีโนเน่, เอส; บานาเรซี, ป.; เชียเปลโล, ม.; โนเวโร ม.; สปาดาโร, ด.; เปรอตโต เอส; Bonfante, P. ดินพื้นเมืองที่มีไมโครไบโอต้าทำให้เกิดสภาวะตื่นตัวในต้นมะเขือเทศ ใหม่ ไฟทอล. 2018, 220, 1296–1308. [ครอสรีฟ]

22. ชอร์ช ม.; ฮาร์แมน จีอี; Mastouri, F. กระตุ้นการดื้อยาของระบบและการตอบสนองของพืชต่อสารควบคุมทางชีวภาพของเชื้อรา แอนนู รายได้ Phytopathol 2553, 48, 21–43. [ครอสรีฟ] [PubMed]

23. เบเรนด์เซ่น, RL; วิสแมน, G.; ยู, เค; เพลง, ย.; เดอ จองเก้ อาร์; เบิร์กแมน ดับบลิวพี; Burmølle, M.; เฮอร์เชนด์ เจ; เบเกอร์ เพนซิลเวเนีย; Pieterse, CM การรวมตัวกันของโรคที่เกิดจากกลุ่มแบคทีเรียที่เป็นประโยชน์ต่อพืช ISME J. 2018, 12, 1496–1507 [ครอสรีฟ] [PubMed]

24. หยวน เจ; Zhao เจ; ไป.; Zhao ม.; หลี่ อาร์; Goossens, P.; หวาง, Q.; ไป๋ ย.; วิวันโก เจ.เอ็ม. ; โควัลชุค จอร์เจีย ; และอื่น ๆ สารหลั่งจากรากทำให้เกิดการติดเชื้อก่อโรคที่อยู่เหนือดิน ไมโครไบโอม 2018, 6, 156 [CrossRef] [PubMed]

25. หยิน ซี; คาซ่า วาร์กัส, JM; ชแลตเตอร์ ดี.ซี. ; ฮาเกอร์ตี CH ; ฮูลเบิร์ต, เช ; Paulitz, TC การเลือกชุมชน Rhizosphere เผยให้เห็นแบคทีเรียที่เกี่ยวข้องกับโรครากที่ลดลง ไมโครไบโอม 2021, 9, 1–18 [ครอสรีฟ]

26. หลิว เอช.; หลี่ เจ; คาร์วัลเลส์ แอลซี; เพอร์ซี่, ซีดี ; Prakash Verma, J.; เชงก์ น. ; Singh, BK หลักฐานการคัดเลือกพืชของจุลินทรีย์ที่มีประโยชน์เพื่อยับยั้งเชื้อโรคที่มากับดิน ใหม่ ไฟทอล. พ.ศ. 2564, 229, 2873–2885. [ครอสรีฟ]

27. คาร์เรียน, วีเจ; เปเรซ-จารามิลโล เจ; คอร์โดเวซ, V.; Tracanna, V.; เดอ ฮอลแลนเดอร์ ม.; รุยซ์-บัค, ด.; เมนเดส แอลดับเบิลยู ; ฟาน ไอจ์เค่น, WF; Gomez-Exposito, อาร์; เอลเซด เอสเอสอ; และอื่น ๆ การกระตุ้นการทำงานของฟังก์ชันการยับยั้งโรคที่เกิดจากเชื้อก่อโรคในไมโครไบโอมรากเอนโดไฟต์ วิทยาศาสตร์ 2019, 366, 606–612. [ครอสรีฟ]

28. เมนเดส ร.; ครูอิท, ม.; เดอ บรอยน์, I.; เดกเกอร์ส อี.; ฟาน เดอร์ วอร์ต, ม.; ชไนเดอร์ JH; พิเชโน วายเอ็ม ; เดอซานติส, TZ; แอนเดอร์เซ็น จีแอล; เบเกอร์ เพนซิลเวเนีย; และอื่น ๆ ถอดรหัสไมโครไบโอมไรโซสเฟียร์สำหรับแบคทีเรียที่ยับยั้งโรค วิทยาศาสตร์ 2011, 332, 1097–1100 [ครอสรีฟ]

29. ดูรัน ป.; จอร์เกรา ม.; วิสคาร์ดี เอส; ซากศพ, วีเจ; เดอ ลา ลุซ โมรา, ม.; Pozo, MJ การคัดกรองและคุณลักษณะของดินที่อาจยับยั้งต่อ gaeumannomyces graminis ภายใต้การปลูกข้าวสาลีอย่างกว้างขวางโดยชุมชนพื้นเมืองชิลี ด้านหน้า. ไมโครไบโอล. 2017, 8, 1552 [CrossRef]

30. ซากศพ, วีเจ; คอร์โดเวซ, V.; Tyc, โอ.; เอทาโล, DW; เด Bruijn, I.; เดอเยเกอร์ วีซี; เมเดมา, มินฮ์; เอเบอร์ล, ล.; Raaijmakers, เจ.เอ็ม

For more information:1950477648nn@gamil.com