Microorganisms in Sustainable Agriculture and Biotechnology

این بررسی از پیشرفت‌های اخیر در درک ما از نقش میکروب‌ها در کشاورزی پایدار و بیوتکنولوژی، حوزه‌ای تحقیقاتی با پتانسیل‌های بکر عظیم را پوشش می‌دهد. کودهای شیمیایی، آفت‌کش‌ها، علف‌کش‌ها و سایر نهاده‌های کشاورزی به دست آمده از سوخت‌های فسیلی، تولیدات کشاورزی را افزایش داده‌اند، با این حال نمی‌توان آگاهی و نگرانی فزاینده در مورد اثرات نامطلوب آنها بر بهره‌وری خاک و کیفیت محیطی را نادیده گرفت. هزینه بالای این محصولات، مشکلات تامین تقاضا برای آنها، و میراث مضر زیست محیطی آنها، دانشمندان را تشویق کرده است تا استراتژی های جایگزینی را برای افزایش بهره وری توسعه دهند و میکروب ها نقش اصلی را در این تلاش ها ایفا کنند. یکی از کاربردها استفاده از میکروب های خاک به عنوان تلقیح زیستی برای تامین مواد مغذی و/یا تحریک رشد گیاه است. برخی از میکروب های ریزوسفری به سنتز محرک های رشد گیاه، سیدروفورها و آنتی بیوتیک ها و همچنین کمک به جذب فسفر معروف هستند.

در 40 سال گذشته گام های سریعی در درک تنوع میکروب های محیطی و مزایای احتمالی آنها برای کشاورزی و تولید پایدار برداشته شده است. ظهور روش های جدید قدرتمند در ژنتیک میکروبی، زیست شناسی مولکولی و بیوتکنولوژی تنها سرعت پیشرفت ها را تسریع کرده است. نقش حیاتی میکروب ها در حفظ اکوسیستم های سیاره ما فقط به این تحقیق فوریت می بخشد. میکروب‌های وابسته به فرهنگ در حال حاضر کمک زیادی به زندگی انسان می‌کنند، با این حال پتانسیل نهفته تعداد زیادی از میکروب‌های غیرفرهنگی – و در نتیجه دست نخورده – بسیار زیاد است. رویکردهای متاژنومیک مستقل از فرهنگ به کار گرفته شده در انواع زیستگاه های طبیعی، ما را نسبت به تنوع محض این میکروب ها آگاه کرده است و منجر به توصیف ژن های جدید و محصولات ژنی می شود. چندین آنتی بیوتیک و بیوکاتالیست جدید در میان ژنوم های محیطی کشف شده اند و برخی از محصولات قبلا تجاری شده اند. در همین حال، ده‌ها محصول صنعتی که در حال حاضر در مقادیر زیاد از مواد پتروشیمی فرموله می‌شوند، مانند اتانول، بوتانول، اسیدهای آلی و اسیدهای آمینه، به همان اندازه از طریق تخمیر میکروبی قابل دست‌یابی هستند. این بررسی که توسط سه مقام شناخته شده در این زمینه ویرایش شده است، این بررسی از یک زمینه سریع در حال حرکت - با فواید بسیار در دسترس - برای همه کسانی که در حال تحقیق در مورد راه هایی برای مهار قدرت میکروارگانیسم ها در پایدارتر کردن کشاورزی و بیوتکنولوژی هستند لازم است. .

This review of recent developments in our understanding of the role of microbes in sustainable agriculture and biotechnology covers a research area with enormous untapped potential. Chemical fertilizers, pesticides, herbicides and other agricultural inputs derived from fossil fuels have increased agricultural production, yet growing awareness and concern over their adverse effects on soil productivity and environmental quality cannot be ignored. The high cost of these products, the difficulties of meeting demand for them, and their harmful environmental legacy have encouraged scientists to develop alternative strategies to raise productivity, with microbes playing a central role in these efforts. One application is the use of soil microbes as bioinoculants for supplying nutrients and/or stimulating plant growth. Some rhizospheric microbes are known to synthesize plant growth-promoters, siderophores and antibiotics, as well as aiding phosphorous uptake.

The last 40 years have seen rapid strides made in our appreciation of the diversity of environmental microbes and their possible benefits to sustainable agriculture and production. The advent of powerful new methodologies in microbial genetics, molecular biology and biotechnology has only quickened the pace of developments. The vital part played by microbes in sustaining our planet’s ecosystems only adds urgency to this enquiry. Culture-dependent microbes already contribute much to human life, yet the latent potential of vast numbers of uncultured—and thus untouched—microbes, is enormous. Culture-independent metagenomic approaches employed in a variety of natural habitats have alerted us to the sheer diversity of these microbes, and resulted in the characterization of novel genes and gene products. Several new antibiotics and biocatalysts have been discovered among environmental genomes and some products have already been commercialized. Meanwhile, dozens of industrial products currently formulated in large quantities from petrochemicals, such as ethanol, butanol, organic acids, and amino acids, are equally obtainable through microbial fermentation. Edited by a trio of recognized authorities on the subject, this survey of a fast-moving field—with so many benefits within reach—will be required reading for all those investigating ways to harness the power of microorganisms in making both agriculture and biotechnology more sustainable.