Keragaman Ekologi, Genetika dan Strategi Penapisan Pertumbuhan Tanaman Mempromosikan Rhizobakteri (PGPR)

Ekologi mikroba rhizosphere
ahli agronomi Yang Hiltner Jerman pertama didefinisikan rhizosphere
pada tahun 1904, sebagai dampak dari akar legum di tanah sekitarnya
dalam hal aktivitas mikroba yang lebih tinggi karena bahan organik yang dilepaskan oleh akar.
Beberapa penulis memperkirakan bahwa rilis tanaman antara 20 dan 50% dari fotosintat mereka melalui akar mereka
sejumlah besar organisme makroskopik dan mikroorganisme seperti bakteri, jamur, protozoa dan hidup berdampingan ganggang di rhizosphere.

Bakteri adalah yang paling melimpah di antara mereka
Karena bakteri merupakan mikroorganisme yang paling melimpah di rhizosphere, sangat mungkin bahwa mereka mempengaruhi fisiologi tanaman untuk tingkat yang lebih besar, terutama mengingat daya saing mereka di kolonisasi akar

Dalam rhizosphere, fleksibilitas metabolisme dari populasi bakteri (keanekaragaman fungsional) didasarkan pada variabilitas genetik dan pada kemungkinan interaksi dengan organisme prokariotik dan eukariotik lainnya seperti tanaman

Kurangnya pengetahuan tentang keanekaragaman bakteri adalah sebagian karena tingginya jumlah jenis yang ada, serta fakta bahwa kebanyakan bakteri layak tetapi tidak culturable

Dalam rhizosphere, seperti dalam ekosistem well-formed lain dengan struktur yang tepat, perubahan dalam beberapa komponen dapat mempengaruhi seluruh atau sebagian dari sistem

Tingkat dampak akan tergantung pada fitur dari sistem seperti resistensi atau ketahanan

Keadaan sistem ini berubah tergantung pada variabel seperti umur tanaman, daerah akar, ketersediaan cahaya, kelembaban, suhu dan nutrisi tanaman

Dalam kondisi stres, tanaman dapat memberikan kontrol yang lebih kuat pada pelepasan eksudat akar

Komunitas bakteri dapat dipelajari dengan menggunakan beberapa pendekatan: pertama, pendekatan struktural, mencoba untuk mempelajari tanah (seluruh) seluruh komunitas bakteri;

kedua, hubungan antara populasi dan proses yang mengatur sistem; dan akhirnya, pendekatan fungsional

Penelitian terbaru telah menunjukkan bahwa, dalam populasi bakteri, sel-sel yang tidak terisolasi satu sama lain, tetapi berkomunikasi untuk mengkoordinasikan kegiatan tertentu

Komunikasi ini adalah kunci untuk kelangsungan hidup mereka sejak sukses mikroba tergantung pada kemampuan untuk melihat (memperhatikan) dan merespon dengan cepat perubahan lingkungan

Bakteri telah mengembangkan mekanisme komunikasi yang rumit untuk mengendalikan ekspresi fungsi tertentu secara sel-tergantung kepadatan, suatu fenomena yang disebut sebagai quorum sensing (QS)

Quorum sensing menganugerahkan (memberi) yang sangat besar (Sangat Besar) keuntungan kompetitif pada bakteri, meningkatkan peluang mereka untuk bertahan hidup karena mereka dapat mengeksplorasi ceruk lebih kompleks

Mekanisme ini juga terlibat dalam kemampuan infeksi beberapa bakteri patogen tanaman (seperti Xanthomonas campestris dan Pseudomonas syringae)

komunikasi bakteri oleh quorum sensing didasarkan pada produksi dan pelepasan molekul sinyal ke medium, disebut autoinducers, konsentrasi yang sebanding dengan kepadatan sel

Ketika bakteri mendeteksi sinyal molekul pada konsentrasi tertentu, transkripsi gen tertentu diatur oleh mekanisme ini diinduksi atau ditekan

Ada banyak proses mikroba diatur oleh quorum sensing, termasuk transferensi DNA dengan konjugasi, produksi siderophore, bioluminescence, pembentukan biofilm dan kemampuan beberapa bakteri untuk bergerak, yang disebut mengerumuni (sekawanan)

Studi terbaru menunjukkan pentingnya jenis mekanisme peraturan di putatif (diduga) ciri-ciri bakteri menguntungkan bagi tanaman, seperti promosi pertumbuhan tanaman, perlindungan terhadap patogen atau perlindungan stres salin

selain itu, studi koevolusi tanaman dan bakteri telah menentukan bahwa beberapa molekul rilis tanaman, yang meniru lakton homoserine asil (AHLs) dan bahkan enzim yang dapat mendegradasi molekul AHL dalam eksudat akar

Pertumbuhan Tanaman Mempromosikan Rhizobakteri (PGPR)

Bakteri yang mendiami rhizosfer dan bermanfaat untuk tanaman disebut PGPR

Dengan demikian, rhizosfer spesies tanaman liar tampaknya menjadi sumber terbaik dari yang untuk mengisolasi pertumbuhan tanaman mempromosikan rhizobakteri
Umumnya, sekitar 2-5% dari bakteri rizosfer
adalah PGPR

PGPR Beberapa telah diproduksi secara komersial sebagai inokulan untuk pertanian, tetapi harus diingat bahwa inokulasi bakteri dalam tanah dapat mempengaruhi komposisi dan struktur komunitas mikroba, dan perubahan-perubahan ini harus
dipelajari sejak mereka miliki, di kali, telah terkait dengan inefisiensi biofertilizers ketika diterapkan untuk menanam akar

Ada sudah ada tanaman transgenik yang telah direkayasa untuk menghasilkan tingkat tinggi AHLs atau enzim yang mampu AHLs merendahkan dan yang telah menunjukkan kapasitas yang cukup besar dalam menghambat patogen infeksi atau mengubah kinerja PGPR

Metode Belajar Struktur mikroba dalam rhizosphere

Sebagaimana disebutkan di atas, komunitas bakteri dapat dipelajari melalui dua pendekatan:
struktural dan fungsional

Untuk memahami pendekatan struktural, kita harus tahu kelompok individu, spesies dan kelimpahan
Secara tradisional, ini telah dilakukan oleh penggalian mikroorganisme dari sistem, kultur mereka di laboratorium dan melakukan banyak morfologi, biokimia dan tes genetik

metode ekstraksi Bakteri membutuhkan agen (membubarkan) membubarkan untuk menghancurkan hubungan antara sel-sel dan perlu dilakukan baik menggunakan agen fisik atau kimia atau kombinasi keduanya.

Setelah bakteri penggalian, beberapa metode sederhana dapat diterapkan untuk mengisolasi dan menghitung bakteri tanah, seperti tumbuh mereka dalam media nonselektif untuk mendapatkan jumlah total layak (TVC)

Data yang diperoleh dengan metode ini disajikan sebagai unit pembentuk koloni (CFUs)
Persentase culturable mikroorganisme dalam tanah sangat rendah, namun beberapa peneliti memperkirakan ini di hanya 10%, sementara yang lain menyarankan 1% atau bahkan lebih rendah (antara 0,2 dan 0,8%)

Karena keterbatasan beberapa metode, teknik yang tidak perlu mikroorganisme budaya di piring yang diperlukan.

Salah satu teknik tersebut adalah analisis asam lemak fosfolipid (PLFA)

Fosfolipid yang terintegrasi dalam membran sel bakteri

Kelompok yang berbeda mikroorganisme memiliki pola yang berbeda asam lemak
Hal ini biasanya tidak memungkinkan untuk mendeteksi strain spesifik atau spesies, tapi perubahan pada konsentrasi asam lemak tertentu dapat dikaitkan dengan perubahan dalam kelompok-kelompok tertentu
mikroorganisme

Pendekatan lain terhadap keragaman nonculturable adalah melalui teknik genetika molekular, yang, dalam 20 tahun terakhir, telah mengungkapkan informasi baru tentang masyarakat mikroba tanah

Teknik termasuk DNA dan / atau hibridisasi RNA [51], polymerase chain reaction (PCR), sekuensing RNA ribosom, G + C persentase dan reassociation DNA antara bakteri di masyarakat
Teknik lainnya termasuk pembatasan panjang fragmen polymorphism (RFLP), teknik yang berkaitan dengan analisis dan pemotongan enzim restriksi yang berbeda (diperkuat
Pembatasan analisis DNA ribosom, ARDRA) [59] atau kloning 16S rDNA dan kemudian sekuensing
Penggunaan mikroarray [22] juga merupakan teknik muncul dengan masa depan yang menjanjikan, yang memungkinkan identifikasi gen spesifik
Setiap metode yang dijelaskan di atas memiliki kelebihan dan kekurangan yang berbeda
Umumnya, metode yang lebih selektif, yang kurang mampu itu adalah untuk mendeteksi perubahan global dalam masyarakat dan sebaliknya

Ekologi dan Keanekaragaman Hayati Hidup PGPR di rhizosphere

Saat ini, ada banyak genera bakteri yang termasuk PGPR antara mereka, mengungkapkan keragaman yang tinggi dalam kelompok ini

Sebuah diskusi dari beberapa genera terbanyak PGPR berikut untuk menggambarkan keragaman genetik dan ekologi PGPR
Diazotrophic PGPR


Free bakteri pengikat nitrogen mungkin yang rhizobakteria pertama digunakan untuk mempromosikan pertumbuhan tanaman.

strain Azospirillum telah diisolasi dan digunakan sejak tahun 1970-an ketika pertama kali digunakan [61].

Lain genera bakteri mampu fiksasi nitrogen yang mungkin bertanggung jawab untuk
pengaruh promosi pertumbuhan, yang Azoarcus sp, Burkholderia sp.., Gluconacetobacter diazotrophicus, Herbaspirillum sp., Azotobacter sp dan Paenibacillus (Bacillus) polymyxa

Strain ini telah diisolasi dari berbagai spesies tanaman seperti padi, jagung tebu,, sorgum, serealia lainnya, nanas dan kopi, kacang

Azoarcus baru-baru ini mendapat perhatian karena keragaman genetik yang besar dan metabolisme.
Ini telah dibagi menjadi tiga genera yang berbeda (Azovibrio, Azospira dan Azonexus)


Azoarcus adalah endofit beras dan saat ini dianggap sebagai model nitrogen endofitik

Basil


Sembilan puluh lima persen dari tanah basil Gram-positif termasuk dalam genus Bacillus.

5% sisanya dipastikan Arthrobacter dan Frankia



Anggota spesies Bacillus yang mampu membentuk endospora dan karenanya bertahan dalam kondisi buruk, beberapa spesies diazotrophs seperti Bacillus subtilis, sedangkan yang lain memiliki kapasitas PGPR berbeda, seperti banyak laporan pada pertumbuhan mereka mempromosikan kegiatan mengungkapkan
Pseudomonas

Di antara bakteri tanah Gram-negatif, Pseudomonas merupakan genus yang paling melimpah di
rhizosphere, dan kegiatan PGPR dari beberapa jenis telah dikenal selama bertahun-tahun, sehingga pengetahuan yang luas tentang mekanisme yang terlibat
strain Pseudomonas menunjukkan fleksibilitas yang tinggi dalam kapasitas metabolik mereka.
Antibiotik, siderophores atau hidrogen sianida adalah salah satu metabolit umumnya dirilis oleh
strain ini
Metabolit ini sangat mempengaruhi lingkungan, baik karena mereka menghambat pertumbuhan mikroorganisme merugikan lainnya dan karena mereka meningkatkan
ketersediaan nutrisi tanaman.

Rhizobia
Di antara kelompok yang mendiami rhizosphere yang rhizobia.
Strain dari genus ini mungkin berperilaku sebagai PGPR ketika mereka menjajah akar dari tanaman nonlegume

spesies dalam suatu hubungan spesifik.
Hal ini juga diketahui bahwa sejumlah individu
spesies dapat melepaskan pengatur tumbuh, siderophores dan hidrogen
sianida atau dapat meningkatkan ketersediaan fosfat, demikian meningkatkan nutrisi tanaman
Peningkatan populasi rizosfir telah dilaporkan setelah rotasi tanaman
dengan nonlegumes [74], dengan kelimpahan ini menguntungkan tanaman berikutnya

Aktivitas dan Pengaruh PGPR di rhizosphere
Beberapa peneliti pendekatan studi keanekaragaman biokimia dalam tanah dengan mengidentifikasi
biokimia kegiatan yang berhubungan dengan sifat putatif PGPR fisiologis pada bakteri terisolasi
dari rhizosphere
Beberapa faktor yang mempengaruhi kelangsungan hidup dan aktivitas bakteri dalam rhizosphere adalah fisik
(Tekstur, suhu dan kelembaban), sementara yang lain adalah kimia, seperti pH, hara
ketersediaan, kandungan bahan organik dan, di atas segalanya, interaksi dengan rizosfer lain
mikroorganisme.
Interaksi dengan faktor biotik sangat penting
karena PGPR harus menempati ceruk baru, berpegang pada akar tanaman, dan
inokulum harus bersaing untuk nutrisi tersedia dirilis, pada dasarnya, oleh root
eksudat, mempertahankan populasi minimum mampu memberikan efek biologisnya.