Communautés microbiennes et qualité du malt d'orge

Les microorganismes jouent un rôle super important dans la santé des écosystèmes agricoles. Les relations entre les microbes et les plantes sont étroitement liées, car les deux dépendent l'un de l'autre pour les nutriments. Ces interactions permettent aux plantes de prospérer dans des environnements où elles ne pourraient pas normalement survivre. Le groupe de microbes associés aux plantes, connu sous le nom de microbiome végétal, est crucial pour la croissance des plantes et leur défense contre les maladies. Au début, les microbes liés aux graines peuvent fortement influencer la façon dont les semis grandissent et s'adaptent à leur environnement.

L'Orge est une culture populaire cultivée dans le monde entier, principalement pour la nourriture, l'alimentation animale, le carburant et la production d'alcool. La diversité génétique de l'orge a conduit au développement de nombreuses variétés productives, mais cela a aussi changé la composition de leurs microbes associés. Certaines pertes de rendement dans ces cultures peuvent être liées à un déclin des microbes bénéfiques. Alors que certains microbes nuisibles peuvent prospérer dans des variétés d'orge avec une diversité microbienne réduite, le système immunitaire de la plante peut aider à maintenir un environnement microbien équilibré et réduire l'impact de ces pathogènes.

Au niveau de la ferme, différentes bactéries et champignons sur les graines d'orge peuvent provenir soit de la plante mère, soit de l'environnement environnant. La graine d'orge ne donne pas seulement naissance à de nouvelles plantes, mais joue aussi un rôle important dans les industries du Malt et de la brasserie. Après la récolte, les microbes continuent d'interagir avec les grains d'orge, affectant la Qualité du malt pendant le traitement. Par exemple, certaines bactéries peuvent changer l'acidité et la composition chimique du malt, tandis que certains champignons peuvent produire des toxines qui survivent au processus de brassage.

Dans le processus de maltage, surtout pendant la germination, l'activité microbienne peut affecter considérablement la qualité du malt. Selon les types et les quantités de microbes présents, les effets sur la qualité du malt peuvent être nuisibles ou bénéfiques. Les bactéries non vivantes dérivées du malt peuvent aussi poser des problèmes pendant le processus de brassage. Bien que la connaissance des microbes bénéfiques dans les graines soit en pleine expansion, il reste encore des lacunes dans la compréhension de la diversité du microbiome des graines d'orge et de ses effets sur la qualité du malt.

Cette étude vise à explorer les microbiomes endophytiques des graines d'orge et leurs associations avec la qualité du malt. Nous sommes particulièrement intéressés à savoir comment différentes variétés d'orge et endroits de culture pourraient influencer ces communautés microbiennes. Nous voulons également savoir s'il existe un lien entre la diversité des microbes de la graine et la qualité du malt produit.

#Matériaux et Méthodes

#Échantillons de graines d'orge

L'étude a été réalisée en utilisant des graines d'orge de haute qualité de la récolte 2022. Nous avons concentré nos efforts sur trois variétés d'orge à malt : Conlon, AAC Synergy et ND Genesis. Les graines de chacune de ces variétés ont été récoltées dans des lieux du Minnesota et du Dakota du Nord. Les graines ont ensuite été divisées en deux groupes : un pour l'analyse microbienne et l'autre pour des expériences de maltage.

#Stérilisation des échantillons de graines

Nous avons stérilisé les graines dans le cadre du processus pour isoler l'ADN des microbes. Un total de 48 échantillons ont été préparés, avec un nettoyage soigné pour éliminer tout microbe de surface. Nous avons rincé les graines à l'eau, lavé avec de l'alcool, traité avec de l'eau de Javel, puis rincé à nouveau pour nous assurer qu'elles étaient propres. Nous avons vérifié l'efficacité de cette stérilisation en cultivant une partie de l'eau de rinçage sur des plaques d'agar.

#Analyse de la qualité du malt

Nous avons testé la qualité du malt des échantillons d'orge en suivant des procédures standard. Chaque échantillon a été malté pour mesurer divers facteurs de qualité, y compris la puissance diastatique, l'extrait de malt et la teneur en protéines. Le processus de maltage consistait à faire tremper les graines pour atteindre un niveau d'humidité spécifique, les faire germer dans des conditions contrôlées, puis les sécher pour arrêter la germination.

#Isolement de l'ADN pour le séquençage

Pour analyser les communautés microbiennes, nous avons isolé l'ADN des échantillons de graines stérilisées. Les graines ont été broyées en poudre, et un kit spécifique a été utilisé pour extraire l'ADN. La qualité et la quantité de l'ADN ont été évaluées avant de l'entreposer pour le séquençage.

#Préparation de la bibliothèque et séquençage

Nous avons préparé des bibliothèques d'ADN pour le séquençage, en ciblant les communautés bactériennes et fongiques au sein des échantillons. En suivant des protocoles établis, nous avons amplifié des régions spécifiques de l'ADN et ajouté les adaptateurs nécessaires pour le séquençage. Le séquençage a été effectué pour capturer à la fois les microbiomes bactérien et fongique.

#Analyse des données

Après le séquençage, nous avons traité les données pour identifier et classifier les communautés microbiennes. Nous avons utilisé des outils logiciels spécialisés pour analyser la diversité des bactéries et des champignons présents dans les échantillons. Des tests statistiques ont été effectués pour comparer les communautés microbiennes selon les différentes variétés d'orge et les lieux de culture.

#Résultats

#Composition de la communauté microbienne

Nous avons identifié des différences significatives dans les communautés bactériennes et fongiques présentes dans les graines d'orge en fonction de la variété et de l'emplacement. Les groupes de bactéries les plus communs identifiés étaient les Proteobacteria, Actinobacteria et Firmicutes. Parmi les bactéries, le genre Bacillus s'est révélé être le plus abondant dans les échantillons.

En ce qui concerne les champignons, le groupe Ascomycota était le plus répandu. Le genre Blumeria a été spécifiquement noté comme le groupe fongique dominant parmi les échantillons, ce qui pourrait impacter la qualité du malt produit.

#Diversité des communautés microbiennes

L'analyse de la diversité a montré que les communautés microbiennes variaient considérablement entre les différentes variétés et emplacements d'orge. Certaines variétés avaient des indices de diversité plus élevés, indiquant une gamme plus riche de vie microbienne, comparé à d'autres. Par exemple, la variété Conlon a montré la plus grande diversité dans certains endroits, tandis que ND Genesis a affiché une diversité plus faible.

#Interaction entre génotype et emplacement

Une analyse complète a révélé que tant la variété d'orge que l'emplacement de culture avaient un impact fort sur la composition des communautés microbiennes. Notamment, les interactions entre la variété et l'emplacement ont contribué de manière significative à la variation observée parmi les populations microbiennes, suggérant que des facteurs génétiques et environnementaux jouent un rôle crucial.

#Associations avec la qualité du malt

L'étude a également examiné la relation entre la diversité microbienne et les traits de qualité du malt. Une plus grande diversité microbienne était souvent corrélée négativement avec certains indicateurs de qualité du malt comme la teneur en protéines et la puissance diastatique. Cela suggère que la présence d'une communauté microbienne plus diverse pourrait être liée à un malt de qualité inférieure dans certains cas.

Des genres de bactéries spécifiques ont montré des associations significatives avec les traits de qualité du malt. Par exemple, Bacillus était associé à certains indicateurs de qualité du malt positifs, tandis que d'autres genres étaient liés à une qualité de malt plus faible. Cela met en lumière l'importance de comprendre le rôle des différents microbes dans l'influence des résultats du malt.

#Analyse du microbiome central

Nous avons identifié un microbiome central, qui consiste en les taxons Microbiens les plus constamment présents à travers tous les échantillons. Tant Bacillus pour les bactéries que Blumeria pour les champignons faisaient partie de ce noyau. La présence de ces microbes indique leur importance possible dans la santé globale des graines d'orge et la qualité du malt produit.

#ASVs microbiens uniques et partagés

L'analyse a révélé la présence de variantes de séquences d'amplification uniques et partagées (ASVs) à travers les différentes variétés et emplacements d'orge. Les ASVs bactériennes montraient une plus grande superposition entre les variétés, tandis que les ASVs fongiques avaient tendance à être plus uniques à chaque génotype. Cela suggère que des mécanismes de recrutement différents sont en jeu pour les communautés bactériennes et fongiques.

#Discussion

#Importance des communautés microbiennes dans l'orge

Les résultats soulignent le rôle critique des communautés microbiennes dans les graines d'orge. Ces microbes peuvent influencer à la fois la croissance des plantes et la qualité du malt, ce qui en fait un point d'attention important pour améliorer les pratiques agricoles et les résultats des produits. Les profils microbiens distincts observés pour différentes variétés d'orge et emplacements suggèrent que des approches spécifiques pourraient améliorer la culture de l'orge et la production de malt.

#Interactions entre génotype et environnement

L'étude met en évidence comment la génétique des plantes interagit avec les facteurs environnementaux pour façonner les communautés microbiennes. Les différences observées dans la diversité microbienne entre les variétés d'orge et les emplacements soulignent la nécessité de considérer les deux aspects lors de l'évaluation de la santé et de la qualité des cultures.

#Implications pour la qualité du malt

Comprendre les liens entre les communautés microbiennes et les traits de qualité du malt peut conduire à de meilleures pratiques de gestion dans les industries de la brasserie et du maltage. En se concentrant sur les bonnes populations microbiennes, les producteurs peuvent potentiellement améliorer la qualité de leur malt et résoudre certains défis de qualité.

#Directions pour la recherche future

De plus amples investigations sur la façon dont les communautés microbiennes changent au fil du temps, notamment à travers les différentes étapes de croissance et de traitement, fourniraient des éclairages plus profonds sur leurs rôles. De plus, explorer les capacités fonctionnelles de ces microbes pourrait dévoiler de nouvelles opportunités pour améliorer la croissance de l'orge et la production de malt par la gestion microbienne.

#Conclusion

Cette étude met en lumière l'interaction complexe entre les microbiomes des graines d'orge, la génétique des plantes et les conditions environnementales. Les résultats suggèrent un impact significatif des communautés microbiennes sur la qualité du malt, soulignant la nécessité d'une meilleure compréhension de ces relations. Alors que nous continuons à déchiffrer les rôles des différents microbes en agriculture, nous pouvons améliorer la santé des cultures et la qualité alimentaire, au bénéfice des producteurs comme des consommateurs.