November 17th, 2023
نقدم بروتوكولا لنظام تجريبي شبه مائي قائم على الزجاج يدعم نمو مجموعة متنوعة من النباتات المتميزة من الناحية التطورية مع أو بدون ميكروبات. النظام متوافق مع وسائط النمو المختلفة ويسمح بأخذ عينات إفراز الجذر غير المدمرة لتحليل المصب.
تعتمد أنظمتنا الزراعية المكثفة على مدخلات عالية من الأسمدة والمبيدات الحشرية. هذا ضار بالبيئة وغير مستدام أيضا. وبالتالي ، فإن الأسئلة الرئيسية في البحث هي كيفية خفض هذه المدخلات مع الحفاظ على غلة محاصيلنا.
أحد السبل الواعدة للقيام بذلك هو تزويد النباتات بالميكروبات المفيدة في هذا المجال. ومع ذلك ، لكي نتمكن من القيام بذلك بنجاح ، نحتاج إلى فهم الحديث الكيميائي المعقد بين الشركاء. ندرس هذا التفاعل من خلال النظر في إفرازات الجذر في مختبرنا.
نجد أن نضح الجذر ديناميكي للغاية. وهو يختلف بين الأنواع النباتية ومراحل النمو وكذلك النقاط الزمنية النهارية. تتفاعل النباتات أيضا مع وجود أنواع مختلفة من الميكروبات عن طريق تغيير ملفها الأيضي.
نظرا لأن إفرازات الجذور هي مغذيات وإشارات إلى المجتمع الميكروبي ، فإن دراسة ملامح النضح أمر بالغ الأهمية لفهم كيفية تفاعل النباتات مع الميكروبات في بيئتها. التطورات في الأيض ، ولكن أيضا في تقنيات تسلسل الجيل التالي تدفع حقا مجال تفاعل ميكروبيوم النبات إلى الأمام. من الواضح أنك بحاجة إلى سير عمل الأيض للكشف عن المركب أو المركبات ذات الأهمية في نظام معين.
وتقنيات تسلسل الجيل التالي ضرورية حقا في فهم البنية ، ولكن أيضا وظيفة الميكروبات النباتية. أيضا، من المفيد جدا استخدام أنظمة نمو متخصصة أو أنظمة نمو مبسطة مثل تلك التي نقدمها هنا لفهم الآليات الجزيئية لتفاعلات الميكروبات النباتية. يمكن أن يبقى نظامنا معقما ، ولكن يمكننا أيضا تلقيحه بالكائنات الحية الدقيقة المستهدفة.
أحد التحديات التي نواجهها هو اكتشاف المستقلبات ذات التركيز المنخفض في الإفرازات. إذا كانت الخلفية منخفضة ، فمن السهل القيام بذلك. إذا كانت لدينا بيئة أكثر تعقيدا مثل التربة ، فسيكون الأمر أكثر صعوبة.
التحدي الآخر الذي لم يتم حله هو عندما نضيف الميكروبات إلى الصورة. ثم لا يمكن التمييز بين المركب الذي تنتجه النباتات أو الميكروبات. قمنا بتطوير نظام منخفض التكلفة وسهل إلى حد معقول.
تسمح تصميماتها المعقمة بإجراء تجارب متتالية. يتم التخلص من المستقلبات النباتية الأولى. ثم يتم تلقيح النباتات بالميكروبات ، وهنا يتم تقييم التغييرات في ملف الأيض.
كما يسمح بنمو أنواع نباتية مختلفة لفترة طويلة من الزمن. باختصار ، هذا النظام مناسب تماما للعديد من التطبيقات.
تتناول هذه الدراسة تحديات الزراعة المستدامة من خلال تطوير نظام شبه هيدربونيك قائم على الزجاج لزراعة نباتات مختلفة. يتيح هذا النظام إدراج الميكروبات المفيدة ويسهل أخذ عينات من الإفرازات الجذرية بشكل غير مدمر لاستكشاف تفاعلات النبات والميكروبات.
Profiling root exudates in controlled semihydroponic systems enables precise interrogation of plant-microbe chemical crosstalk, supporting discovery-stage efforts to optimize beneficial interactions for sustainable agriculture. The glass jar platform offers a low-background, reusable environment for sensitive metabolite detection, facilitating high-confidence data generation across diverse plant species and microbial conditions. This capability strengthens predictive confidence in translational plant-microbiome research and informs risk-adjusted advancement of agricultural biotechnology portfolios.
This glass jar system integrates from early discovery through assay development to translational research, enabling iterative hypothesis testing and validation of plant-microbe interactions.