Comunidades Microbianas e Qualidade do Malte de Cevada

Microorganismos têm um papel super importante na saúde dos ecossistemas agrícolas. As relações entre micróbios e plantas estão bem conectadas, já que ambos dependem um do outro para nutrientes. Essas interações ajudam as plantas a se desenvolverem em ambientes onde normalmente não conseguiriam sobreviver. O grupo de micróbios que está associado às plantas, chamado de microbioma das plantas, é crucial para o crescimento e defesa das plantas contra doenças. Desde cedo, os micróbios relacionados às sementes podem afetar muito como as mudas crescem e se adaptam ao ambiente.

A Cevada é uma cultura bem popular que é cultivada em várias partes do mundo, principalmente para comida, ração de animais, combustível e produção de álcool. A diversidade genética da cevada resultou no desenvolvimento de várias variedades produtivas, mas isso também mudou a composição dos micróbios associados a elas. Algumas perdas na produção dessas culturas podem estar ligadas a quedas nos micróbios benéficos. Enquanto certos micróbios prejudiciais conseguem prosperar em variedades de cevada com diversidade microbiana reduzida, o sistema imunológico da planta pode ajudar a manter um ambiente microbiano equilibrado e a reduzir o impacto desses patógenos.

No nível da fazenda, várias bactérias e fungos nas sementes de cevada podem vir da planta mãe ou do ambiente ao redor. A semente de cevada não só dá origem a novas plantas, mas também tem um papel significativo nas indústrias de malte e cerveja. Depois da colheita, os micróbios continuam a interagir com os grãos de cevada, afetando a Qualidade do malte durante o processamento. Por exemplo, algumas bactérias podem mudar a acidez e a composição química do malte, enquanto certos fungos podem produzir toxinas que sobrevivem ao processo de fabricação da cerveja.

No processo de Malteação, especialmente durante a germinação, a atividade microbiana pode impactar muito a qualidade do malte. Dependendo dos tipos e quantidades de micróbios presentes, os efeitos na qualidade do malte podem ser prejudiciais ou benéficos. Bactérias não-vivas derivadas do malte também podem causar problemas durante o processo de fabricação da cerveja. Embora o conhecimento sobre micróbios benéficos nas sementes esteja crescendo, ainda existem lacunas na compreensão da diversidade do microbioma da semente de cevada e seus efeitos na qualidade do malte.

Este estudo tem como objetivo explorar os microbiomas endofíticos das sementes de cevada e suas associações com a qualidade do malte. Estamos particularmente interessados em como diferentes variedades de cevada e locais de cultivo podem influenciar essas comunidades microbianas. Também queremos saber se há alguma ligação entre a diversidade dos micróbios nas sementes e a qualidade do malte produzido.

#Materiais e Métodos

#Amostras de Sementes de Cevada

O estudo foi conduzido usando sementes de cevada de alta qualidade da safra de 2022. Focamos em três variedades de cevada para malte: Conlon, AAC Synergy e ND Genesis. As sementes de cada uma dessas variedades foram coletadas em locais no Minnesota e Dakota do Norte. As sementes foram então divididas em dois grupos: um para análise microbiana e outro para experimentos de malteação.

#Esterilização das Amostras de Sementes

Esterilizamos as sementes como parte do processo para isolar o DNA dos micróbios. Um total de 48 amostras foi preparado, com limpeza cuidadosa para eliminar qualquer micróbio na superfície. Lavamos as sementes com água, limpamos com álcool, tratamos com água sanitária e depois enxaguamos novamente para garantir que estavam limpas. Nós conferimos a eficácia dessa esterilização cultivando um pouco da água de enxágue em placas de ágar.

#Análise da Qualidade do Malte

Testamos a qualidade do malte das amostras de cevada seguindo procedimentos padrões. Cada amostra foi maltada para medir vários fatores de qualidade, incluindo poder diastático, extrato de malte e teor de proteína. O processo de malteação envolveu embebedar as sementes até atingir um nível específico de umidade, germiná-las em condições controladas e, em seguida, secá-las para interromper a germinação.

#Isolamento de DNA para Sequenciamento

Para analisar as comunidades microbianas, isolamos o DNA das amostras de sementes esterilizadas. As sementes foram moídas em pó e um kit específico foi usado para extrair o DNA. A qualidade e a quantidade do DNA foram avaliadas antes de armazená-lo para sequenciamento.

#Preparação da Biblioteca e Sequenciamento

Preparamos bibliotecas de DNA para sequenciamento, focando nas comunidades bacterianas e fúngicas dentro das amostras. Seguindo protocolos estabelecidos, amplificamos regiões específicas do DNA e adicionamos adaptadores necessários para o sequenciamento. O sequenciamento foi realizado para capturar tanto os microbiomas bacterianos quanto os fúngicos.

#Análise de Dados

Após o sequenciamento, processamos os dados para identificar e classificar as comunidades microbianas. Usamos ferramentas de software especializadas para analisar a diversidade das bactérias e fungos presentes nas amostras. Testes estatísticos foram realizados para comparar as comunidades microbianas com base nas diferentes variedades de cevada e locais de cultivo.

#Resultados

#Composição da Comunidade Microbiana

Identificamos diferenças significativas tanto nas comunidades bacterianas quanto fúngicas presentes nas sementes de cevada com base na variedade e localização. Os grupos bacterianos mais comuns identificados foram Proteobacteria, Actinobacteria e Firmicutes. Entre as bactérias, o gênero Bacillus foi encontrado como o mais abundante em todas as amostras.

Em termos de fungos, o grupo Ascomycota foi o mais prevalente. O gênero Blumeria foi especificamente notado como o grupo fúngico dominante nas amostras, possivelmente impactando a qualidade do malte produzido.

#Diversidade das Comunidades Microbianas

A análise de diversidade mostrou que as comunidades microbianas variaram significativamente entre as diferentes variedades de cevada e locais. Algumas variedades tiveram índices de diversidade mais altos, indicando uma gama mais rica de vida microbiana, em comparação com outras. Por exemplo, a variedade Conlon mostrou a maior diversidade em alguns locais, enquanto a ND Genesis apresentou menor diversidade.

#Interação Entre Genótipo e Localização

Análises abrangentes revelaram que tanto a variedade de cevada quanto a localização de cultivo tiveram um forte impacto na composição das comunidades microbianas. Notavelmente, as interações entre a variedade e a localização contribuíram significativamente para a variação observada entre as populações microbianas, sugerindo que tanto fatores genéticos quanto ambientais desempenham um papel crucial.

#Associações com a Qualidade do Malte

O estudo também examinou a relação entre a diversidade microbiana e as características de qualidade do malte. Uma maior diversidade microbiana muitas vezes foi correlacionada negativamente com certas métricas de qualidade do malte, como teor de proteína e poder diastático. Isso sugere que a presença de uma comunidade microbiana mais diversa pode estar ligada a um malte de menor qualidade em alguns casos.

Gêneros bacterianos específicos foram encontrados com associações significativas com as características de qualidade do malte. Por exemplo, Bacillus foi associado a certos indicadores positivos de qualidade do malte, enquanto outros gêneros estavam ligados a uma qualidade de malte inferior. Isso destaca a importância de entender o papel de diferentes micróbios na influência dos resultados do malte.

#Análise do Microbioma Central

Identificamos um microbioma central, que consiste nos táxons Microbianos mais consistentemente presentes em todas as amostras. Tanto Bacillus para bactérias quanto Blumeria para fungos fizeram parte desse núcleo. A presença desses micróbios indica sua possível importância na saúde geral das sementes de cevada e na qualidade do malte produzido.

#ASVs Microbianos Únicos e Compartilhados

A análise revelou a presença de variantes de sequência de amplicon (ASVs) únicas e compartilhadas entre as diferentes variedades de cevada e locais. ASVs bacterianos mostraram maior sobreposição entre as variedades, enquanto ASVs fúngicos tendiam a ser mais únicos para cada genótipo. Isso sugere diferentes mecanismos de recrutamento em ação para as comunidades bacterianas e fúngicas.

#Discussão

#Importância das Comunidades Microbianas na Cevada

Os achados enfatizam o papel crítico das comunidades microbianas nas sementes de cevada. Esses micróbios podem influenciar tanto o crescimento das plantas quanto a qualidade do malte, tornando-se um foco importante para melhorar práticas agrícolas e resultados de produtos. Os perfis microbianos distintos observados para diferentes variedades de cevada e locais sugerem que abordagens personalizadas poderiam aprimorar o cultivo de cevada e a produção de malte.

#Interações Genótipo e Ambientais

O estudo destaca como a genética das plantas interage com fatores ambientais para moldar comunidades microbianas. As diferenças observadas na diversidade microbiana entre variedades de cevada e locais ressaltam a necessidade de considerar ambos os aspectos ao avaliar a saúde e qualidade das culturas.

#Implicações para a Qualidade do Malte

Compreender as conexões entre comunidades microbianas e características de qualidade do malte pode levar a melhores práticas de manejo nas indústrias de malte e cerveja. Ao se concentrar nas populações microbianas certas, os produtores podem potencialmente melhorar a qualidade de seu malte e lidar com certos desafios de qualidade.

#Direções para Pesquisas Futuras

Investigações adicionais sobre como as comunidades microbianas mudam ao longo do tempo, especialmente em diferentes estágios de crescimento e processamento, forneceriam uma visão mais profunda sobre seus papéis. Além disso, explorar as capacidades funcionais desses micróbios poderia revelar novas oportunidades para aprimorar o crescimento da cevada e a produção de malte através do manejo microbiano.

#Conclusão

Este estudo revela a complexa interação entre microbiomas de sementes de cevada, genética das plantas e condições ambientais. Os resultados sugerem um impacto significativo das comunidades microbianas na qualidade do malte, enfatizando a necessidade de uma melhor compreensão dessas relações. À medida que continuamos a desvendar os papéis de diferentes micróbios na agricultura, podemos promover melhorias na saúde das culturas e na qualidade dos alimentos, beneficiando, em última análise, tanto produtores quanto consumidores.