แอฟริกาใต้: ผลการวิจัยคัดเลือกแบคทีเรียที่อาศัยอยู่ร่วมกับรากมันฝรั่ง 15 ชนิด เป็นตัวเลือกสำหรับชุมชนจุลินทรีย์สังเคราะห์

นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยแห่งรัฐฟรีสเตทในแอฟริกาใต้และมหาวิทยาลัยแห่งรัฐนอร์ทแคโรไลนาในสหรัฐอเมริกา กำลังศึกษาแบคทีเรียที่เกี่ยวข้องกับรากมันฝรั่งเพื่อนำมาใช้เป็นชุมชนจุลินทรีย์สังเคราะห์ หรือ SynComs ซึ่งเป็นกลุ่มจุลินทรีย์ที่ถูกประกอบขึ้นอย่างจงใจโดยคัดเลือกจากคุณลักษณะที่เสริมกัน

งานวิจัยนี้ซึ่งนำเสนอในงานประชุมมันฝรั่งโลกที่ประเทศเคนยา ผสมผสานการวิเคราะห์องค์ประกอบของชุมชนแบคทีเรียในดินเข้ากับการคัดกรองในห้องปฏิบัติการ เพื่อเป็นแนวทางในการคัดเลือกแบคทีเรียที่เหมาะสม การคัดกรองเชิงฟังก์ชันได้คัดเลือกแบคทีเรีย 15 สายพันธุ์สำหรับการประเมินเพิ่มเติม เป้าหมายระยะยาวคือการพัฒนาจุลินทรีย์ผสมผสานที่ช่วยส่งเสริมการเจริญเติบโตของมันฝรั่งและช่วยยับยั้งโรคเชื้อราในดิน

ทำไมมันถึงมีความสำคัญ

โรคเชื้อราในดินเป็นภัยคุกคามต่อผลผลิตและคุณภาพของหัวมันฝรั่ง แบคทีเรียในไรโซสเฟียร์ (ดินที่อยู่ใกล้กับรากพืช) อาจมีคุณสมบัติที่เป็นประโยชน์ในการส่งเสริมการเจริญเติบโตของพืชและการควบคุมทางชีวภาพ

การคัดเลือกแบคทีเรียที่มีประสิทธิภาพสูงในการทดสอบในห้องปฏิบัติการแต่ละครั้งให้ข้อมูลที่เป็นประโยชน์ แต่ไม่ได้คำนึงถึงความสัมพันธ์ของแบคทีเรียเหล่านั้นกับจุลินทรีย์อื่นๆ ในดิน หรือความเหมาะสมในการใช้งานร่วมกันอย่างครบถ้วน งานวิจัยนี้มีจุดมุ่งหมายเพื่อนำข้อพิจารณาเหล่านี้มาใช้ในการออกแบบ SynCom โดยการผสมผสานหลักฐานสามแหล่ง ได้แก่ ความสัมพันธ์ทางนิเวศวิทยาที่ระบุได้จากการวิเคราะห์โปรไฟล์ชุมชนแบคทีเรียในดินและการวิเคราะห์เครือข่าย ลักษณะการทำงานที่เสริมกันระหว่างสายพันธุ์ที่คัดเลือก และการคัดกรองความเข้ากันได้แบบข้ามสายพันธุ์เพื่อระบุสายพันธุ์ที่ไม่ยับยั้งซึ่งกันและกันอย่างเห็นได้ชัดภายใต้สภาวะที่ทดสอบ เกณฑ์เหล่านี้จะชี้นำการคัดเลือกแบคทีเรียที่เหมาะสมสำหรับการประเมินผลในเรือนกระจกต่อไป

สิ่งที่นักวิจัยศึกษา

มีการเก็บตัวอย่างดินจากบริเวณรากมันฝรั่งและดินทั่วไปในแปลงปลูกมันฝรั่งหลายแห่ง โดยใช้เทคนิคเมตาบาร์โค้ดดิ้ง 16S rRNA นักวิจัยตรวจสอบองค์ประกอบของชุมชนแบคทีเรีย และใช้การวิเคราะห์เครือข่ายการเกิดร่วมกันเพื่อระบุรูปแบบความสัมพันธ์ระหว่างกลุ่มสิ่งมีชีวิตต่างๆ

ควบคู่ไปกับงานวิจัยนี้ ได้มีการคัดกรองเชื้อแบคทีเรียที่แยกได้จากการเพาะเลี้ยงเพื่อหาคุณลักษณะที่เกี่ยวข้องกับศักยภาพในการส่งเสริมการเจริญเติบโตของพืชและการควบคุมทางชีวภาพ โดยการคัดกรองครอบคลุมถึงการผลิตไซเดอโรฟอร์ การผลิตไฮโดรเจนไซยาไนด์ กิจกรรมของเอนไซม์คะตาเลส กิจกรรมของเอนไซม์โปรตีเอส การละลายฟอสเฟต การผลิตสารประกอบที่เกี่ยวข้องกับอินโดลซึ่งประเมินโดยใช้การทดสอบของซัลคอฟสกี และการผลิตแอมโมเนีย

การทดสอบเหล่านี้ระบุลักษณะเฉพาะในห้องปฏิบัติการที่สามารถใช้เป็นข้อมูลในการคัดเลือกผู้สมัครได้ แต่การทดสอบเหล่านี้เพียงอย่างเดียวไม่ได้แสดงให้เห็นถึงการเจริญเติบโตของพืชที่ดีขึ้นหรือการยับยั้งโรคได้

สิ่งที่ศึกษาพบ

การศึกษาแสดงให้เห็นว่าชุมชนแบคทีเรียรอบรากมันฝรั่งแตกต่างกันไปในแต่ละฟาร์ม ซึ่งเน้นย้ำถึงอิทธิพลของดินในท้องถิ่นและสภาพการปลูก การวิเคราะห์เครือข่ายการเกิดร่วมกันระบุกลุ่มแบคทีเรีย 16 กลุ่มที่พบร่วมกันบ่อยครั้ง ซึ่งให้ข้อมูลเชิงลึกเกี่ยวกับนิเวศวิทยาของจุลินทรีย์ในดิน ปฏิสัมพันธ์ที่อาจเกิดขึ้น และบทบาททางนิเวศวิทยาของกลุ่มแบคทีเรียต่างๆ ผลการค้นพบเหล่านี้เป็นพื้นฐานทางนิเวศวิทยาสำหรับการคัดเลือกแบคทีเรียสำหรับชุมชนจุลินทรีย์สังเคราะห์ (SynComs) โดยพิจารณาไม่เพียงแต่คุณลักษณะที่เป็นประโยชน์เฉพาะตัวเท่านั้น แต่ยังรวมถึงบทบาทและความสัมพันธ์ที่อาจเกิดขึ้นภายในชุมชนจุลินทรีย์ในดินที่กว้างขึ้นด้วย จากแบคทีเรียที่แยกได้ 26 สายพันธุ์ที่ทดสอบ พบว่า 15 สายพันธุ์แสดงคุณลักษณะที่เป็นประโยชน์อย่างน้อยสี่อย่างขึ้นไป แบคทีเรียเหล่านี้ได้รับการคัดเลือกเป็นตัวเลือก SynCom โดยการคัดเลือกเพิ่มเติมจะพิจารณาถึงความสมบูรณ์ของหน้าที่ ความเกี่ยวข้องทางนิเวศวิทยา และความเข้ากันได้

อะไรจะเกิดขึ้นต่อไป

ขั้นตอนต่อไปคือการระบุแบคทีเรียที่มีศักยภาพมากที่สุดและพิจารณาว่าแบคทีเรียเหล่านั้นจะทำงานร่วมกันได้อย่างไรเพื่อส่งเสริมสุขภาพของมันฝรั่ง แบคทีเรียที่ได้รับการคัดเลือกจะได้รับการตรวจสอบและประเมินความปลอดภัยเพิ่มเติม ในขณะที่ความเข้ากันได้และบทบาททางนิเวศวิทยาของแบคทีเรียเหล่านั้นจะใช้เป็นแนวทางในการประกอบ SynComs จากนั้นการทดลองในเรือนกระจกจะทดสอบว่าแบคทีเรียที่ผสมผสานกันเหล่านี้สามารถปรับปรุงการเจริญเติบโตของมันฝรั่งและช่วยปกป้องพืชจากโรคที่เกิดจากดินได้หรือไม่ เป้าหมายสูงสุดคือการพัฒนาจุลินทรีย์ที่ผสมผสานกันอย่างมีประสิทธิภาพซึ่งทำงานร่วมกันและส่งเสริมให้ต้นมันฝรั่งและดินมีสุขภาพดีขึ้น

ผู้เขียน: Nduduzo Dlamini, Norman Muzhinji, Tesfay Weldeslassie (ภาควิชาวิทยาศาสตร์พืช มหาวิทยาลัยแห่งรัฐฟรีสเตท ประเทศแอฟริกาใต้); Tika Adhikari (ภาควิชากีฏวิทยาและพยาธิวิทยาพืช มหาวิทยาลัยแห่งรัฐนอร์ทแคโรไลนา สหรัฐอเมริกา) เผยแพร่โดยได้รับความยินยอมจากผู้เขียนหลัก Nduduzo Dlamini ผู้จัดหาข้อความและภาพถ่าย

ที่เกี่ยวข้อง Potatoes.News: เอธิโอเปีย: โครงการส่งเสริมการเกษตรโดยเยาวชนร่วมกับแอปพลิเคชัน PlantVillage ช่วยให้เกษตรกรวินิจฉัยโรคพืชได้แบบเรียลไทม์ · เคนยาเป็นเจ้าภาพการประชุมมันฝรั่งโลกครั้งที่ 13 ณ เมืองนาอิวาชา