Η ριζόσφαιρα, που είναι η στενή ζώνη εδαφολογικών ριζών των περιβαλλουσών φυτών, μπορεί να περιλάβει μέχρι 1011 μικροβιακά κύτταρα ανά γραμμάριο ρίζας και επάνω από 30.000 προκαρυωτικά είδη που γενικά, βελτιώνουν την παραγωγικότητα των φυτών. Το συλλογικό γονιδίωμα της μικροβιακής κοινότητας ριζοσφαιρών που τυλίγει τις ρίζες των φυτών είναι μεγαλύτερο έναντι αυτού των φυτών και αναφέρεται ως μικροβίωμα, του οποίου οι αλληλεπιδράσεις καθορίζουν την υγεία των συγκομιδών στο φυσικό αγροοικοσύστημα με την παροχή των πολυάριθμων υπηρεσιών στα φυτά δηλαδή, την αποσύνθεση οργανικής ουσίας, τη θρεπτική απόκτηση, την απορρόφηση νερού, τη θρεπτική ανακύκλωση, τον έλεγχο ζιζανίων και τον βιοέλεγχο.
Η μεταγονιδιωματική μελέτη παρέχει στο άτομο τον πυρήνα της ριζόσφαιρας και ενδοφυτική μικροβιωτική δραστηριότητα σε Arabidopsis thaliana χρησιμοποιώντας 454 αλληλούχιες (Roche) αμπλικονίων του γονιδίου 16S rRNA. Υπάρχει η πεποίθηση ότι η εκμετάλλευση εξατομικευμένης θεραπείας μεταφοράς πυρηνικού μικροβιώματος στη γεωργία μπορεί να είναι μια πιθανή προσέγγιση στη διαχείριση των ασθενειών των φυτών για διάφορες καλλιέργειες. Οι μικροβιακές κοινότητες Ριζόσφαιρας, μια εναλλακτική λύση για τα χημικά λιπάσματα έχει γίνει ένα θέμα μεγάλου ενδιαφέροντος για τη βιώσιμη γεωργία και το πρόγραμμα βιοασφάλειας.
Μια σημαντική εστίαση στις ερχόμενες δεκαετίες θα είναι στις ασφαλείς και φιλικές προς το περιβάλλον μεθόδους, για την εκμετάλλευση των ευεργετικών μικροοργανισμών στη βιώσιμη φυτική παραγωγή. Τέτοιοι μικροοργανισμοί, γενικά, αποτελούνται από τα διαφορετικά φυσικά μικρόβια των οποίων εμβολιασμός στο εδαφολογικό οικοσύστημα προωθεί τις εδαφολογικές φυσικοχημικές ιδιότητες, τη βιοποικιλότητα των εδαφολογικών μικροβίων, την εδαφολογική υγεία, τη αύξηση και ανάπτυξη των φυτών και την παραγωγικότητα των συγκομιδών. Οι σε αγροτικό επίπεδο χρήσιμοι μικροβιακοί πληθυσμοί καλύπτουν την αύξηση των φυτών, προάγοντας τα ριζοβακτήρια, τα κυανοβακτήρια καθορισμου του Ν2, τη μυκόριζα, τα φυτικά κατασταλτικά ασθενειών των φυτών βακτηρίδια, τα ενδόφυτα που βοηθούν στην ανοχή της πίεσης και τα μικρόβια βιοαποδόμησης.
Το Azotobacter διαδραματίζει έναν σημαντικό ρόλο στον κύκλο αζώτου στη φύση δεδομένου ότι κατέχει ποικίλες μεταβολικές λειτουργίες. Εκτός από τη διαδραμάτιση του ρόλου του στη σταθεροποίηση του αζώτου, το Azotobacter έχει την ικανότητα να παραγάγει βιταμίνες όπως θειαμίνη και ριβοφλαβίνη, και φυτικές ορμόνες δηλαδή., Ινδόλη οξικό οξύ (ΙΑΑ), γιββερελλίνες (GA) και κυτοκινίνες (CK). A. chroococcum που βελτιώνει την αύξηση των φυτών με την ενίσχυση της βλάστησης του σπόρου και την προώθηση της αρχιτεκτονικής ρίζας με την παρεμπόδιση των παθογόνων μικροοργανισμών γύρω από τα συστήματα ρίζας των εγκαταστάσεων των συγκομιδών. Αυτό το γένος περιλαμβάνει διαφορετικά είδη, δηλαδή, το Α. chroococcum, A. vinelandii, το Α. beijerinckii, το Α. nigricans, το Α. armeniacus και το Α. paspali.
Το Azotobacter χρησιμοποιείται ως Βιολίπασμα για διάφορες καλλιέργειες δηλ., Σιτάρι, βρώμη, κριθάρι μουστάρδα, seasum, ρύζι, λιναρόσπορο, ηλιέλαιο, καστορέλαιο, αραβόσιτο, σόργο, βαμβάκι, γιούτα, ζαχαρότευτλα, καπνό, τσάι, καφέ, καουτσούκ και καρύδες. Το Azospirillum είναι ένα άλλο ελεύθερης διαβίωσης, κινητικό, μεταβλητών γραμμαριών αερόβιο βακτήριο που μπορεί να ευδοκιμεί σε συνθήκες πλημμυράς και προωθεί διάφορες πτυχές της αύξησης και της ανάπτυξης των φυτών. Το Azospirillum φάνηκε να ασκεί ευεργετικά αποτελέσματα επί της Ανάπτυξης των φυτών και των καλλιεργειών τόσο στο θερμοκήπιο όσο και στην ύπαιθρο. Τα διάφορα είδη του γένους Azospirillum συμπεριλαμβανομένων των Α lipoferum, Α brasilense, Α amazonense, Α halopraeferens και Α irakense έχουν αναφερθεί για τη βελτίωση της παραγωγικότητας των διαφόρων καλλιεργειών. Κατά τρόπο ενδιαφέροντα, παρατηρήθηκε ότι ο εμβολιασμός με Azospirillum μπορεί να αλλάξει τη μορφολογία της ρίζας μέσω της παραγωγής των ρυθμιστικών ουσιών αύξησης των φυτών μέσω της παραγωγής σιδεροφόρου. Αυξάνει επίσης τον αριθμό των πλευρικών ριζών και ενισχύει το σχηματισμό τριχομονάδων ρίζας για να παρέχει περισσότερη επιφάνεια ρίζας ώστε να απορροφούνται οι ικανοποιητικές θρεπτικές ουσίες. Αυτό βελτιώνει την κατάσταση του νερού στα φυτά και βοηθά το θρεπτικό σχεδιάγραμμα στην πρόοδο της αύξησης και της ανάπτυξη των καλλιεργειών. Ο ταυτόχρονος εμβολιασμός με Azospirillium brasilense και Rhizobium meliloti συν 2,4D έχει θετική επίδραση στην απόδοση των καρπών και τα περιεχόμενα N, P, K. Το Rhizobium έχει χρησιμοποιηθεί ως αποδοτικός συναρμολογητής αζώτου για πολλά χρόνια. Διαδραματίζει έναν σημαντικό ρόλο στην αυξανόμενη παραγωγή χάρις στη μετατροπή του ατμοσφαιρικού αζώτου στις χρησιμοποιήσιμες μορφές. Όντας ανθεκτικό σε διαφορετικές θερμοκρασίες το Rhizobium μπαίνει κανονικά τις τριχομονάδες της ρίζας, πολλαπλασιάζεται εκεί και σχηματίζει οζίδια. Τα εμβόλια με Rhizobium σε διαφορετικά μέρη και τύπους εδαφών έχουν αναφερθεί πως αυξάνουν σημαντικά τις αποδόσεις των κόκκων της Βεγγάλης, της φακής, του μπιζέλιου, του ζαχαρότευτλου και των αραχιδέλαιων και σογιέλαιων. Οι απομονώσεις Rhizobium που ελήφθησαν από το άγριο ρύζι, έχει αναφερθεί ότι παρέχουν άζωτο στο φυτό του ρυζιού για την προώθηση της αύξησης και της ανάπτυξης του. Ένα από τα είδη Rhizobium, το Sinorhizobium meliloti 1021 μολύνει φυτά εκτός από των οσπριοειδών όπως το ρύζι και προωθεί την ανάπτυξη μέσω της ενίσχυσης του ενδογενούς επιπέδου φυτικής ορμόνης και της απόδοσης της φωτοσύνθεσης ώστε να προσδώσει ανοχή στο στρες στο φυτό. Σε αραχίδα, το IRC-6 στέλεχος Rhizobium έχει ως αποτέλεσμα την ενίσχυση αρκετών χρήσιμων χαρακτηριστικών όπως της αύξησης του αριθμού των ροζ χρώματος οζιδίων, της αύξησης της νιτρικής αναγωγικής δραστηριότητας και περιεκτικότητας λαγκοαιμοσφαιρίνης σε 50 DAI (ημέρες μετά τον εμβολιασμό). Η Ριζοβιακή συμβίωση παρέχει άμυνα στα φυτά έναντι παθογόνων και φυτοφάγων, όπως π.χ., του μεξικανού σκαθάριανου φασόλιου και του πράσινο house whitefy Trialeurodes vaporariorum.
Οι ευεργετικοί εδαφολογικοί μικροοργανισμοί στηρίζουν τη φυτική παραγωγή είτε ως Βιολιπάσματα είτε συμβιωτικά. Εκτελούν θρεπτική διαλυτοποίηση που διευκολύνει τη θρεπτική διαθεσιμότητα και την πρόσληψη. Βελτιώνει την αύξηση των φυτών με την προώθηση της αρχιτεκτονικής της ρίζας. Η δραστηριότητά τους παρέχει διάφορα χρήσιμα γνωρίσματα στα φυτά όπως αυξημένες τριχομονάδες στη ρίζα, οζίδια, αναγωγική νιτρική δραστικότητα και αποτελεσματικά στελέχη Azotobacter, Azospirillum, Phosphobacter και Rhizobacter που μπορούν να παρέχουν σημαντική ποσότητα διαθέσιμου αζώτου μέσω της ανακύκλωσης του αζώτου. Τα Βιολιπάσματα παράγουν φυτικές ορμόνες, οι οποίες περιλαμβάνουν ινδόλη οξικό οξύ (ΙΑΑ), γιββερελλίνες (GA) και κυτοκινίνες (CK). Τα Βιολιπάσματα μπορούν να βελτιώσουν την απόδοση της φωτοσύνθεσης για να προσδώσουν αντοχή των φυτών στο στρες και αύξηση της αντίστασης στα παθογόνα έχοντας ως αποτέλεσμα τη βελτίωση των καλλιεργειών.
Ένα βασικό πλεονέκτημα των ευεργετικών μικροοργανισμών είναι η αφομοίωση του φώσφορου για τις δικές τους απαιτήσεις, η οποία με τη σειρά της θα κάνει διαθέσιμές επαρκείς ποσότητες του, σε διαλυτή μορφή στο έδαφος. Τα Pseudomonas, Bacillus, Micrococcus, Flavobacterium, Fusarium, Sclerotium, Aspergillus και Penicillium έχουν αναφερθεί ότι είναι ενεργά στη διαδικασία της διαλυτοποίησης. Ένα φωσφορικό βακτηριακό στέλεχος διαλυτοποίησης ΝΙΙ-0909 του Micrococcus sp. έχει πολυσθενείς ιδιότητες περιλαμβανομένου της φωσφορικής διαλυτοποίησης και της παραγωγής σιδεροφόρου. Ομοίως, δύο μύκητες Aspergillus fumigatus και Α. niger απομονώθηκαν από την αποσύνθεση φλούδας μανιόκα και βρέθηκε πως μετατρέπουν τα απόβλητα μανιόκα με την τεχνική της ημιστερεής ζύμωσης σε φωσφορικάΒιολιπάσματα. Το Burkholderia vietnamiensis, ένα βακτήριο ανεκτικότητας του στρες, παράγει γλυκονικό και 2-κετογλυκονικά οξέα, τα οποία εμπλέκονται στη φωσφορική διαλυτοποίηση. Τα Enterobacter και Burkholderia που απομονώθηκαν από τη ριζόσφαιρα του ηλίανθου βρέθηκαν να παράγουν σιδεροφόρες και ινδολικές ενώσεις (ICs), οι οποίες μπορούν να διαλυτοποιούν το φώσφορο. Οι μικροοργανισμοί διαλυτοποίησης του Καλίου (KSM) όπως τα γένη Aspergillus, Bacillus και Clostridium βρέθηκε να είναι αποτελεσματικοι στην διαλυτοποίηση του καλίου στο έδαφος και να έχουν την ικανότητα κινητοποίησης σε διαφορετικές καλλιέργειες. Η αμοιβαία συμβίωση της Mycorrhizal με τις ρίζες των φυτών ικανοποιεί τη ζήτηση σε θρεπτικά συστατικά των φυτών, η οποία οδηγεί σε ενίσχυση της αύξησης και της ανάπτυξης των φυτών, καθώς και στην προστασία των φυτών από παθογόνες επιθέσεις και από το περιβαλλοντικό στρες. Οδηγεί στην απορρόφηση του φωσφορικού άλατος από τα εξωτερικά προς τα εσωτερικά μυκήλια του φλοιού, τα οποία μεταφέρουν τελικά φωσφορικό άλας στα φλοιώδη κύτταρα της ρίζας. Τα κυανοβακτήρια σταθεροποίησης του Άζωτου όπως Aulosira, Tolypothrix, Scytonema, Nostoc, Anabaena και Plectonema χρησιμοποιούνται συνήθως ως Βιολιπάσματα. Εκτός από τη συμβολή του αζώτου, ουσίες που προάγουν την ανάπτυξη και βιταμίνες που απελευθερώνονται από τα άλγη Cylindrospermum musicola, αυξάνουν την ανάπτυξη της ρίζας και την απόδοση των φυτών ρυζιού. Είναι ενδιαφέρον πως η γενετική μηχανική χρησιμοποιήθηκε για να βελτιώσει τις δυνατότητες σταθεροποίησης του αζώτου του στελέχους Anabaena sp. PCC7120. Συστατική απολωδικοποίηση του γονιδίου hetR καθοδηγούμενη από ελαφρυά διεργετική προαγωγή, ενίσχυσε την έκφραση πρωτεΐνης HetR, οδηγώντας σε υψηλότερη νιτρογενετική δραστικότητα στο στέλεχος Anabaena sp. PCC7120 σε σύγκριση με το στέλεχος άγριου-τύπου. Αυτό προκάλεσε με τη σειρά την καλύτερη αύξηση του ορυζώνα όταν εφαρμόζεται στις καλλιέργειες.
Οι αβιοτικές και βιοτικές πιέσεις είναι τα κύρια εμπόδια που επηρεάζουν την παραγωγικότητα των καλλιεργειών. Πολλά εργαλεία της σύγχρονης επιστήμης έχουν εφαρμοστεί ευρέως για τη βελτίωση των καλλιεργειών κάτω από συνθήκες πίεσης, εκ των οποίων ο ρόλος του PGPRs ως βιοπροστατευτικό έχει γίνει ύψιστης σημασίας. Στο πλαίσιο αυτό το Rhizobium τριφύλλι εμβολιάζεται με Trifolium alexandrinum και παρουσιάζει υψηλότερη βιομάζα και αύξηση του αριθμού των οζιδίων κάτω από στρεσογόνης αλατότητας συνθήκες. Η ψευδομονάδα aeruginosa έχει αποδειχθεί ότι αντέχει στις βιοτικές και αβιοτικές πιέσεις. Οι Paul και Nair διαπίστωσάν ότι το P. fluorescens MSP-393 παράγει οσμολύτες και προκαλούμενες άλας-στρες πρωτεΐνες που μπορούν να ξεπεράσουντις αρνητικές επιπτώσεις του αλατιού. Το P. putida Rs-198 ενισχύει το ρυθμό βλαστήσεως και αρκετές παραμέτρους ανάπτυξης δηλ., το ύψος των φυτών, το νωπό βάρος και το ξηρό βάρος του βαμβακιού υπό αλκαλικές συνθήκες και συνθήκες υψηλής αλατότητας μέσω της αύξησης του ρυθμού πρόσληψης των K+, Mg2+ and Ca2+, και μέσω της μείωσης της απορρόφησης του Na+. Λίγα στελέχη ψευδομονάδαςαποδίδουν ανοχή του φυτού μέσω του 2, 4-diacetylphloroglucinol (DAPG). Είναι ενδιαφέρον πως η συστημική απόκριση βρέθηκε ότι επάγεται ενάντια στο P. syringae in Arabidopsis thaliana από το P. fluorescens DAPG. Το Calcisol που παράγεται από το PGPRs viz., P. alcaligenes PsA15, Bacillus polymyxa BcP26 και από το μυκοβακτηρίδιο phlei MbP18 παρέχει ανοχή σε υψηλές θερμοκρασίες και στρεσογόνα αλατότητα. Έχει επίσης αποδειχθεί ότι ο εμβολιασμός των φυτών με μύκητες AM βελτιώνει την αύξηση των φυτών κάτω από συνθήκες στρεσογόνας αλατότητας.
To Achromobacter piechaudii έχει αποδειχθεί ότι αυξάνει την βιομάζα των φυτών ντομάτας και πιπεριάς υπό πίεση 172 mM NaCl και νερού. Είναι ενδιαφέρον πως μια ρίζα του ενδοφυτικού μύκητα Piriformospora indica βρέθηκε να υπερασπίζεταιτο φυτό ξενιστή ενάντια στο στρεσογόνο άλας. Σε μία μελέτη βρέθηκε ότι ο εμβολιασμός με PGPR σκέτο ή μαζί με ΑΜ όπως είναι τα intraradices Glomus ή G. mosseae είχε ως αποτέλεσμα την καλύτερη πρόσληψη των θρεπτικών συστατικών και τη βελτίωση στις κανονικές φυσιολογικές διεργασίες στο Lactuca sativa υπό συνθήκες στρες. Το ίδιο φυτό με θεραπεία P. mendocina αύξησε τη βιομάζα βλαστού κάτω από συνθήκες στρεσογόνου άλατος. Οι μηχανισμοί που εμπλέκονται στην ωσμωτική ανοχή του στρες που απασχολούν μεταγραφικές και μικροσκοπικές στρατηγικές αποκάλυψαν μια σημαντική αλλαγή στο μεταγραφικό του Stenotrophomonas rhizophila DSM14405T ως απάντηση στο στρεσογόνο άλας. Ο συνδυασμός μυκήτων AM και βακτηριδίων καθορισμού Ν2 βοήθησε τα φυτά οσπρίων στην υπερνίκηση της πίεσης ξηρασίας. Η επίδραση του A. brasilense μαζί με AM μπορεί να γίνει ορατή και σε άλλες συγκομιδές όπως η ντομάτα, ο αραβόσιτος και η μανιόκα. Ο συνδιασμός Α. brasilense και ΑΜ αυξάνουν την ανοχή των φυτών στις διάφορες αβιοτικές πιέσεις. Η πρόσθετη επίδραση της ψευδομονάδας putida ή του βάκιλου megaterium και του μύκητα ΑΜ ήταν αποτελεσματική στην ανακούφιση της πίεσης ξηρασίας. Εφαρμογή των ψευδομονάδων SP. κάτω από πίεση νερού βελτίωσε τις αντιοξειδωτικές και φωτοσυνθετικές χρωστικές ουσίες σε φυτά βασιλικού.
Κατά τρόπο ενδιαφέροντα, ο συνδυασμός τριών βακτηριακών ειδών προκάλεσε την υψηλότερη CAT, GPX και APX δραστηριότητα και περιεκτικότητα σε χλωροφύλλη στα φύλλα κάτω από την πίεση νερού. Οι ψευδομονάδες SSP βρέθηκαν να προκαλούν θετικές επιπτώσεις στην αύξηση των σποριόφυτων και στη βλάστηση σπόρου Α. officinalis L. κάτω από την πίεση νερού. Η φωτοσυνθετική αποδοτικότητα και η αντιοξειδωτική απάντηση των φυτών ρυζιού που υποβλήθηκαν στην πίεση ξηρασίας βρέθηκαν να αυξάνονται μετά από τον εμβολιασμό με arbuscular mycorrhiza. Τα ευεργετικά αποτελέσματα των mycorrhizae έχουν αναφερθεί επίσης και υπό την ξηρασία και υπό αλατούχες συνθήκες. Τα βαριά μέταλλα όπως το κάδμιο, ο μόλυβδος, ο υδράργυρος από τα νοσοκομειακά και εργοστασιακά απόβλητα συσσωρεύονται στο χώμα και μπαίνουν στα φυτά μέσω των ριζών. Τα Azospirillium SSP, Phosphobacteria SSP και Glucanacetobacter SSP που απομονώθηκαν από τη ριζόσφαιρα καλλιεργειών ρυζιού και ριζοφόρων βρέθηκε να είναι πιό ανεκτικάβαρέα μέταλλα κυρίως σίδηρο P. potida στέλεχος 11 (P.p.11), P. potida στέλεχος 4 (P.p.4) and P. fluorescens στέλεχος 169 (P.f.169) μπορούν να προστατεύσουν τα φυτά canola και κριθαριού από τα ανασταλτικά αποτελέσματα του καδμίου μέσω IAA, siderophore και 1 deaminase aminocyclopropane-1-carboxylate (ACCD). Έχει αναφερθεί ότι ριζοαποκατάσταση του μολυσμένου με πετρέλαιο εδάφους μπορεί να επισπευσθεί προσθέτοντας μικρόβια υπό τη μορφή αποτελεσματικού μικροβιακού παράγοντα (EMA) για τα διάφορα είδη φυτών, όπως βαμβάκι, ήρα, ψηλά φεστούκα, και μηδική.
Τα PGPRs ως βιολογικοί παράγοντες αποδείχθηκε ότι είναι μία από τις εναλλακτικές των χημικών παραγόντων ώστε να παρέχουν αντίσταση στις διάφορες παθογόνες επιθέσεις. Εκτός από το να ενεργούν ως παράγοντες προαγωγής ανάπτυξης μπορούν να παρέχουν αντίσταση κατά των παθογόνων μικροοργανισμών χάρις στην παραγωγή μεταβολιτών. Το Bacillus subtilis GBO3 μπορεί να προκαλέσει άμυνα- σχετιζομενες οδούς δηλ., Σαλικυλικό οξύ (SA) και γιασμονικό οξύ (JA). Η εφαρμογή των PGPR απομονώσεων δηλ., Β amyloliquefaciens 937b και Β pumilus SE-34 παρέχει ανοσία κατά του ιού mottle της τομάτας. Το Β megaterium IISRBP 17, χαρακτηριζόμενο από στέλεχος του μαύρου πιπεριού, δρα ενάντια Phytophthor capsici. Το Bacillus subtilis N11 μαζί με ώριμο κομπόστ βρέθηκε να ελέγχει την προσβολή από Fusarium στις ρίζες της μπανάνας. Ομοίως, το Β subtilis (UFLA285) βρέθηκε να παρέχει αντίσταση έναντι στο R. solani και επίσης προκάλεσε φυλλώδη και ριζική ανάπτυξη των φυτών βαμβακιού. Σε μία άλλη ενδιαφέρουσα μελέτη το Paenibacillus polymyxa SQR-21 πιστοποιήθηκε ως ένας δυνητικός παράγοντας για τον βιοέλεγχο της Fusarium μάρανσης στο καρπούζι. Επιπλέον, η χρήση των PGPRs βρέθηκε να είναι αποτελεσματική στη διαχείριση των ιών μαρασμού στην τομάτα, του ιού cucumber mosaic στη ντομάτα και την πιπεριά, και στον ιό banana bunchy top στις μπανάνες. Σε ορισμένες περιπτώσεις φάνηκε ότι μαζί με τα βακτήρια, οι μυκόριζες μπορούν να παρέχουν ανθεκτικότητα έναντι των παθογόνων μυκήτων και να αναστέλλουν την ανάπτυξη πολλών παθογόνων στις ρίζες όπως το R. solani, Pythium spp., F. oxysporum, Α. obscura και H. annosum, βελτιώνοντας τα φυτικό θρεπτικό προφίλ και την παραγωγικότητα. Για παράδειγμα το Glomus mosseae ήταν αποτελεσματικό έναντια στο Fusarium oxysporum f. sp. Basilica το οποίο προκαλεί ασθένεια σήψης των ριζών στα φυτά βασιλικού. Το Medicago tranculata έδειξε επίσης διέγερση διαφόρων γονιδίων συνδεόμενων με την άμυνα του μυκοριζικού αποικισμού. Αποδείχθηκε ότι η προσθήκη των arbuscular mycorrhizal μυκήτων και ψευδομονάδας P. fluorescens στο χώμα μπορεί να μειώσει την ανάπτυξη ασθένειας αποσύνθεσης της ρίζας και να ενισχύσει την παραγωγή του κοινού φασολιού L.
H Mycorrhiza είναι η ένωση μυκητών με τις ρίζες των ψηλών φυτών. Ενώ παραμένει αίνιγμα, χρησιμεύει σαν ένα πρότυπο σύστημα για να κατανοήσουμε τον μηχανισμό πίσω από διέγερση της ανάπτυξης στα κύτταρα της ρίζας, ως αποτέλεσμα της αποικίας μυκόριζας. Η αλληλοuχία γονιδιώματος δύο μυκήτων ΕΜ (ectomycorrhizae), L. bicolor 13, και T. melanosporum (black truffle) 14 βοηθά στην ταυτοποίηση των παραγόντων που ρυθμίζουν την ανάπτυξη της μυκόριζας και τη λειτουργία της στο φυτικό κύτταρο. Δεκαπέντε γονίδια που απορυθμίζονται κατά τη διάρκεια της συμβίωσης ταυτοποιήθηκαν ως υποθετικοί μεταφορείς εξόζης σε L. bicolor. Το γονιδίωμά του στερήθηκε τα γονίδια που κωδικοποιούν τις ινβερτάσες καθιστώντας το εξαρτώμενο από τα φυτά για τη γλυκόζη. Ωστόσο, το melanosporum διαθέτει ένα γονίδιο ιμβερτάσης, και σε αντίθεση με το L. bicolor μπορεί να χρησιμοποιήσει άμεσα την σακχαρόζη του ξενιστή.
Η αυξητική ρύθμιση των γονιδίων του μεταφορέα κατά τη διάρκεια της συμβίωσης έδειξε τη δράση της μεταφοράς των χρήσιμων ενώσεων όπως τα αμινοξέα, τα ολιγοπεπτίδια και οι πολυαμίνες μέσω της συμβιωτικής διεπαφής από έναν οργανισμό σε άλλους. Το ελεύθερης διαβίωσης μυκήλιο μπορεί να λάβει το νιτρικό αμμώνιο από το έδαφος. Στη συνέχεια, οι ενώσεις αυτές φθάνουν στο μανδύα και μεταφέρονται στη συνέχεια στα φυτά. Πλούσιες σε κυστεΐνη πρωτεΐνες (MISSP7) μυκήτων διαδραματίζουν σημαντικό ρόλο ως τελεστές και διαμεσολαβητές στο σχηματισμό των συμβιωτικών διεπαφών. Πολλά γονίδια που σχετίζονται με την βιοσύνθεση αυξίνης και τη μορφογένεση της ρίζας παρουσάστηκαν πάνω ρύθμιση κατά τη διάρκεια αποικισμού μυκόριζας. Περαιτέρω, το G. versiforme περοείχε ανόργανους φωσφορικούς (Ρί) μεταφορείς στις υφές του που βοηθούν στην άμεση απορρόφηση του φωσφόρου από το έδαφος και ένα γονίδιο σύνθεσης γλουταμίνης βρέθηκε στο G. intraradice, το οποίο ενισχύει τη δυνατότητα του μεταβολισμού του αζώτου στις μυκητιακές υφές που μπορεί να μεταφέρονται αργότερα στο φυτό. Οι βιοδραστικές ενώσεις που ονομάζονται παράγοντες Myc παρόμοιες με τους παράγοντες Nod του Rhizobium προτείνεται να εκκρίνονται από τη mycorrhiza και το Rhizobium και γίνονται αντιληπτές από τις ρίζες του ξενιστή για την ενεργοποίηση της διάβασης μεταγωγής σημάτων ή της κοινής διάβασης συμβίωσης (SYM). Οι διαβιβάσεις που προετοιμάζουν τα φυτά, τόσο για τη μόλυνση με AM όσο και με Rhizobium έχουν κάποια κοινά σημεία. Η κοινή πορεία SYM προετοιμάζει το φυτό ξενιστή να επιφέρει αλλαγές σε μοριακό και ανατομικό επίπεδο με την πρώτη επαφή με τις μυκητιακές υφές. Μέχρι στιγμής, το ασβέστιο υποτίθεται ότι είναι η πλήμνη δευτερογενών αγγελιοφόρων μέσω του εμβολιασμού Ca2+ στην πυρηνική περιοχή του τριχών της ρίζας. Το Rhizobium leguminosarum biovar viciae μπορεί να προκαλέσει διάφορα γονίδια στα φυτά, όπως μπιζέλια, μηδική και ζαχαρότευτλα όπως φαίνεται από τις μελέτες μικροσυστοιχίας. Το PGPR παράγει ΙΑΑ τα οποία, με τη σειρά τους, προκαλούν την παραγωγή νιτρικού οξειδίου (ΝΟ), το οποίο δρα ως ένας δεύτερος αγγελιαφόρος για να προκαλέσει ένα πολύπλοκο δίκτυο σηματοδότησης που οδηγεί στη βελτιωμένη ανάπτυξη των ριζών και σε αναπτυξιακές διαδικασίες.
Η έκφραση ENOD11 και πολλών γονίδιων που σχετίζονται με την άμυνα και γονιδίων που σχετίζονται με την αναδιαμόρφωση της ρίζας απαρυθμίζεται κατά τη διάρκεια της εισόδου. Στη συνέχεια, αυτό επιτρέπει τον σχηματισμό μίας συσκευής προ-διείσδυσης ή ΡΡΑ. Αν και η βιολογία πίσω από την ανάπτυξη της arbuscules είναι άγνωστη, ένα γονίδιο που ονομάζεται vapyrin όταν πολεμάται προκαλεί μείωση του ρυθμού αύξησης arbuscules. Πολλά άλλα γονίδια συμπεριλαμβανομένων τωνsubtilisin protease 65, phosphate transporter 66 ή two ABC transporters 67 είναι γνωστό ότι εμπλέκονται στο σχηματισμό arbuscules. Τα γονίδια καθορισμού του αζώτου, χρησιμοποιούνται ευρέως από τους επιστήμονες σήμερα για να δημιουργήσουν τροποποιημένα φυτά που μπορούν να καθορίσουν το ατμοσφαιρικό άζωτο. Η επαγωγή των γονιδίων nif σε περίπτωση βακτηρίων καθορισμού αζώτου πραγματοποιείται υπό χαμηλή συγκέντρωση αζώτου και οξυγόνου στην ριζόσφαιρα. Είναι ενδιαφέρον πως τα φυτά ζαχαροκάλαμου που εμβολιάζονται με ένα άγριο στέλεχος G. diazotrophicus, έχουν καταδείξει τη σταθεροποίηση του ραδιενεργού Ν2 σε σύγκριση με τη μετάλλαξη G. diazotrophicus που έχει μετάλλαξη του γονιδίου nif D που αποδεικνύει τη σημασία των γονιδίων nif. Η αποτελεσματικότητα της δέσμευσης του αζώτου εξαρτάται από την χρησιμοποίηση του άνθρακα. Ένα βακτηρίδιο όπως Bacillus subtilis (UFLA285) μπορεί να μεταφέρει διαφορικώς 247 γονίδια στα φυτά βαμβακιού αν συγκριθεί με τον έλεγχο που κανένα PGPR δεν παρείχε στα φυτά βαμβακιού. Πολλά γονίδια ανθεκτικότητας ασθενειών που λειτουργούν μέσω της σηματοδότησης ιασμονικού/ αιθυλενίου καθώς και της ρύθμιση της οσμωτικής πίεσης μέσω γονίδιων σύνθεσης προλίνης εκφράστηκαν διαφορικά με διέγερση UFLA285. Τα διάφορα διαφορικά εκφρασμένα γονίδια που προσδιορίστηκαν, περιλαμβάνουν πρωτεΐνη ομοιάζουσα με μεταλλοθειονίνη τύπου 1, NOD26 -σαν διαμεμβρανική πρωτεΐνη, ZmNIP2-1 (μια θειονίνη οικογένεια πρωτεϊνών), oryzain πρόδρομος αλυσίδα γάμμα, στρεσσογόνος πρωτεΐνη που συνδέεται με 1 (OsISAP1), προβεναζόλη-διεγέρσιμο πρωτεΐνη PBZ1, αυξίνη και αιθυλένιο-αποκριτικά γονίδια. Η έκφραση των πρωτεϊνών που σχετίζονται με την άμυνα PBZ1 και θειονίνη βρέθηκε να καταστέλλεται στον σύνδεσμο seropedicae-Η με ρύζι, υποδεικνύοντας την διαφοροποίηση των αμυντικών αποκρίσεων των φυτών κατά τη διάρκεια του αποικισμού.
Ανάμεσα στα είδη PGPR, το Azospirillum προτάθηκε για να εκκρίνει γιββερελλίνες, αιθυλενίου και αυξίνες. Ορισμένα φυτικά συνδεδεμένα βακτήρια μπορούν επίσης να επάγουν τη σύνθεση φυτορμόνης, για παράδειγμα πεύκα(lodgepole) όταν εμβολιάσθηκαν με Paenibacillus polymyxa παρουσίασαν αυξημένα επίπεδα ΙΑΑ στις ρίζες. Τα Rhizobium και Bacillus βρέθηκαν να συνθέτουν ΙΑΑ σε διαφορετικές κλιματικές συνθήκες όπως pΗ, θερμοκρασία και με παρουσία αγροαποβλήτων ως υπόστρωμα. To Αιθυλενίο, σε αντίθεση με άλλες φυτοορμόνες, είναι υπεύθυνo για την αναστολή της ανάπτυξης των δικοτυλήδονων φυτών. Διαπιστώθηκε από τον Glick et αl. ότι τα PGPR θα μπορούσαν να ενισχύσουν την ανάπτυξη των φυτών με καταστολή της έκφρασης του αιθυλενίου. Είναι ενδιαφέρον, πως προτάθηκε ένα μοντέλο στο οποίο δείχθηκε ότι η σύνθεση αιθυλενίου από 1-αμινοκυκλοπροπανο-1-καρβοξυλικό άλας (ACC), άμεσο πρόδρομο αιθυλενίου, το οποίο υδρολύεται από το βακτηριακό ACC-δεαμινάση ένζυμο στην ανάγκη πηγής αζώτου και άνθρακα είναι επίσης ένας από τους μηχανισμούς επαγωγής συνθήκων κατάλληλων για την ανάπτυξη. Η δραστηριότητα ACC-δεαμινάσης βρέθηκε επίσης σε βακτήρια όπως Alcaligenes sp., Bacillus pumilus, Pseudomonas sp. και Variovorax paradoxus. Η συμμετοχή της ACC δεαμινάσης στην έμμεση επίδραση στην ανάπτυξη των φυτών αποδείχθηκε στο Canola, όπου οι μεταλλάξεις στο γονίδιο ACC απομινάσης προκάλεσαν την απώλεια επίδρασης των αυξητικών Pseudomonas putida. Είναι ενδιαφέρον πως το δυναμικό του PGPRs ενισχύθηκε περαιτέρω με την εισαγωγή γονιδίων που εμπλέκονται στην άμεση οξειδωτική οδό (DO) και διαλυτοποίηση φωσφορικού ορυκτού (MPS) σε κάποια χρήσιμα στελέχη PGPRs. Γονίδιο κωδικοποιώντας αφυδρογονάση γλυκόζης (GCD) που συμμετέχει στην διαβίβαση DO κλωνοποιήθηκε και χαρακτηρίστηκε από Acinetobacter calcoaceticus, E. coli και Enterobacter asburiae. Επίσης, μια διαλυτή μορφή GCD έχει κλωνοποιηθεί από Acinetobacter calcoaceticus και G. oxydans. Επιπλέον, υπάρχουν αναφορές για τοποκατευθυνόμενη μεταλλαξογένεση της αφυδρογονάσης γλυκόζης (GDH) και της γλυκονικής αφυδρογονάσης (GADH), που έχει βελτιώσει την δραστικότητα αυτού του ενζύμου. Απλή αντικατάσταση του S771M παρέχει θερμική σταθερότητα στο E. coli ενώ μετάλλαξη του γλουταμικού 742 σε λυσίνη βελτιώνει την ανοχή EDTA του E. coli PQQGDH. Η εφαρμογή αυτής της τεχνολογίας επιτεύχθηκε με μεταφορά γονιδίων που εμπλέκονται στην διαβίβαση δηλαδή GDH, GADH και pyrroloquinoline quinine (PQQ) σε rhizobacteria, και phosphoenolpyruvate carboxylase (PPC) σε P. fluorescens, παρέχοντας το χαρακτηριστικό MPS.
Οι περισσεύουσες θρεπτικές ουσίες συσσωρεύονται στα χώματα, ιδιαίτερα ο φώσφορος που έχει ως αποτέλεσμα επιπλέον λίπανση πέρα των χημικών λιπασμάτων που παρέχονται από τους αγρότες κατά τη διάρκεια των εντατικών γεωργικών πρακτικών. Σημαντικές έρευνες εστίαζουν στην παραγωγή αποτελεσματικών και βιώσιμων βιολιπασμάτων για τα φυτά των καλλιεργειών, όπου όπου η ανόργανη λίπανση μπορεί να μειωθεί σημαντικά για να αποφευχθούν περαιτέρω προβλήματα ρύπανσης.
Οι σημαντικότερες και συγκεκριμένες ερευνητικές ανάγκες, σύμφωνα με τον Swapna Latha Aggani από το Πανεπιστήμιο Kakatiya πρέπει να εστιάσουν στα εξής σημεία:
The European Commission support for the production of this publication does not constitute endorsement of the contents which reflects the views only of the authors, and the Commission cannot be held responsi-ble for any use which may be made of the information contained therein.
