Κλιματική αλλαγή: επιγενετικές διαμορφώσεις και χρήση του μικροβιώματος της ριζόσφαιρας για την καταπολέμηση των επιπτώσεών της

Abstract

Το μικροβίωμα της ριζόσφαιρας, και ιδίως τα βακτήρια, είναι απαραίτητο για τη ζωή και την υγεία του φυτού, διαμορφώνοντας διάφορες αμοιβαία επωφελείς σχέσεις. Κατά τη διάρκεια της εξέλιξης, τα βακτήρια του μικροβιώματος της ριζόσφαιρας έχουν αναπτύξει ορισμένες στρατηγικές επιβίωσης σε διάφορα ενδιαιτήματα και σε διαφορετικές περιβαλλοντικές συνθήκες, υπό το πρίσμα της επιγενετικής. Η μεταβολική δραστηριότητα σχετίζεται με το μέγεθος του βακτηριακού γονιδιώματος, καθώς αυξανομένου του μεγέθους του γονιδιώματος, τόσο πιο σύνθετες είναι οι μεταβολικές διεργασίες που πραγματοποιεί, με τα βακτήρια μεγαλύτερου γονιδιώματος να προσανατολίζονται στην αντοχή στις περιβαλλοντικές συνθήκες, είτε στην πρόσληψη θρεπτικών συστατικών. Ακόμη, δεδομένης της κλιματικής αλλαγής που βρίσκεται σε εξέλιξη και των φυσικών καταστροφών που αυτή συνεπάγεται, τα βακτήρια έχουν αναπτύξει διάφορους μηχανισμούς επιβίωσης και ανάκαμψης. Στην παρούσα μελέτη δημιουργήθηκε μία βάση δεδομένων που περιλαμβάνει τα πιο άφθονα βακτηριακά γένη στη ριζόσφαιρα του εδάφους έντεκα φυτών με σκοπό να εντοπιστεί ο ρόλος που διαδραματίζουν στην υγεία των φυτών. Επιπλέον, μέσα από στατιστική ανάλυση λογιστικής παλινδρόμησης δημιουργήθηκε ένα μοντέλο πρόβλεψης της επιβίωσης των βακτηρίων αυτών και της ικανότητάς τους να προσαρμόζονται σε επικείμενες αλλαγές στις περιβαλλοντικές συνθήκες με βάση τις αλλαγές συγκεκριμένων παραμέτρων. Ως αποτέλεσμα, προτείνεται ότι ο τομέας αυτός χρειάζεται περαιτέρω διερεύνηση και η μελλοντική έρευνα θα πρέπει να επικεντρωθεί στον έλεγχο των μεταβολών της αφθονίας και των πιθανών επιγενετικών τροποποιήσεων στο DNA των κυριότερων βακτηριακών γενών του εδαφικού μικροβιώματος, από περιοχές που έχουν πληγεί από τις συνέπειες της κλιματικής αλλαγής. Με αυτό τον τρόπο, και σε συνδυασμό με τα στατιστικά μοντέλα θα κρίνεται η καταλληλότητα ενός εδάφους για την καλλιέργεια ενός φυτού, θα προβλέπεται η συμπεριφορά των βακτηριακών γενών μετά από μία φυσική καταστροφή, ώστε να ληφθούν τα απαραίτητα μέτρα για την επαναφορά του εδάφους στις ιδανικές για τα βακτήρια συνθήκες, είτε να προσαρμοστεί το είδος της καλλιέργειας με βάση τα νέα χαρακτηριστικά του εδάφους που ευνοούν συγκεκριμένα βακτηριακά γένη.

The rhizosphere microbiome, and in particular bacteria, is essential for the life and health of the plant, forming various mutually beneficial relationships. During evolution, the bacteria of the rhizosphere microbiome have developed certain survival strategies in different habitats and environmental conditions, in the light of epigenetics. Metabolic activity is related to the size of the bacterial genome, as the larger the genome size, the more complex the metabolic processes it carries out, with bacteria of larger genome size being oriented towards either resistance to environmental conditions or nutrient uptake. Furthermore, given the ongoing climate change and the natural disasters it entails, bacteria have developed various survival and recovery mechanisms. In this study, a database was created that includes the most abundant bacterial genera in the soil rhizosphere of eleven plants in order to identify the role they play in plant health. In addition, through statistical logistic regression analysis, a model was created to predict the survival of these bacteria and their ability to adapt to impending changes in environmental conditions based on changes in specific parameters. As a result, it is suggested that this area needs further investigation and future research should focus on monitoring changes in abundance and possible epigenetic modifications in the DNA of the major bacterial genera of the soil microbiome from areas affected by the effects of climate change. In this way, and in combination with statistical models, the suitability of a soil for the cultivation of a plant will be judged, the behavior of bacterial genera after a natural disaster will be predicted, so that the necessary measures can be taken to restore the soil to the ideal conditions for bacteria, or to adapt the type of cultivation based on new soil characteristics that favor specific bacterial genera.