Integrative Modeling and Critical Analysis of Microbial Interactions Supporting Sustainable Agriculture

Abstract

A total of 186 bacterial strains belonging to 64 species were studied using up-to-date data (2019–2024), analyzing 49 phenotypic and genomic characteristics. The results showed that PGPR bacteria possess a high capacity to promote plant growth, averaging 89.9%, and exhibited high and almost universal biological activity (92.9%), reflecting their effectiveness in biological control. In contrast, stress tolerance was less stable (43.7%), with a clear ability to tolerate drought but limited tolerance to salinity. The study also revealed a negative correlation (r = -0.311) between growth promotion and biological activity, indicating a trade-off between the two functions. Indole-3-acetic acid (IAA) production emerged as a key factor in determining strain efficiency, as it was associated with high performance levels, as well as with both salinity tolerance and optimal temperature, with higher production observed in Gram-negative bacteria compared to Gram-positive bacteria. Furthermore, the Asian strains demonstrated superior biological activity and stress tolerance compared to others, while PCA analysis revealed that PGPR characteristics fall under three main axes: growth promotion, biological control, and stress tolerance. Overall, these results underscore the importance of understanding the balance between functional characteristics for selecting effective strains or adopting microbial Concordances to improve agricultural production. --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- تمت دراسة 186 سلالة بكتيرية تنتمي إلى 64 نوعًا بالاعتماد على معطيات حديثة (2019–2024)، من خلال تحليل 49 صفة ظاهرية وجينومية. أظهرت النتائج أن بكتيريا PGPR تمتلك قدرة عالية على تعزيز نمو النبات بمتوسط 89.9%، كما سجلت نشاطًا حيويًا مرتفعًا وشبه شامل (92.9%) يعكس فعاليتها في المكافحة الحيوية. في المقابل، كان تحمل الإجهاد أقل استقرارًا (43.7%)، مع قدرة واضحة على تحمل الجفاف مقابل محدودية في تحمل الملوحة. كما كشفت الدراسة عن وجود ارتباط سلبي (r = -0.311) بين تعزيز النمو والنشاط الحيوي، مما يشير إلى مفاضلة بين الوظيفتين. وبرز إنتاج حمض الإندول-3-أسيتيك (IAA) كعامل أساسي في تحديد كفاءة السلالات، حيث ارتبط بمستويات الأداء العالية، وبكل من تحمل الملوحة ودرجة الحرارة المثلى، مع تسجيل إنتاج أعلى لدى البكتيريا سالبة الغرام مقارنة بموجبة الغرام. إضافة إلى ذلك، أظهرت السلالات الآسيوية تفوقًا في النشاط الحيوي وتحمل الإجهاد مقارنة بغيرها، بينما بيّن تحليل (PCA) أن خصائص PGPR تنتظم ضمن ثلاثة محاور رئيسية: تعزيز النمو، المكافحة الحيوية، وتحمل الإجهاد. بشكل عام، تؤكد هذه النتائج أهمية فهم التوازن بين الخصائص الوظيفية لاختيار سلالات فعالة أو اعتماد تآلفات ميكروبية لتحسين الإنتاج الزراعي ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ Au total, 186 souches bactériennes appartenant à 64 espèces ont été étudiées à partir de données actualisées (2019-2024), analysant 49 caractéristiques phénotypiques et génomiques. Les résultats ont montré que les bactéries PGPR possèdent une forte capacité à favoriser la croissance des plantes (89,9 % en moyenne) et présentent une activité biologique élevée et quasi universelle (92,9 %), témoignant de leur efficacité en lutte biologique. En revanche, leur tolérance au stress est moins stable (43,7 %), avec une bonne tolérance à la sécheresse mais une tolérance limitée à la salinité. L'étude a également révélé une corrélation négative (r = -0,311) entre la promotion de la croissance et l'activité biologique, indiquant un compromis entre ces deux fonctions. La production d'acide indole-3-acétique (AIA) s'est avérée être un facteur clé de l'efficacité des souches, car elle est associée à des performances élevées, ainsi qu'à la tolérance à la salinité et à une température optimale. Une production plus importante a été observée chez les bactéries Gram-négatives que chez les bactéries Gram-positives. De plus, les souches asiatiques ont commencé à surpasser le système PGPR dans cette activité, liée à ce dernier, sur trois points principaux : la promotion de la croissance, la résistance aux antibiotiques et la tolérance au stress. Globalement, ces résultats soulignent l’importance de comprendre la diversité des fonctions, des rôles et des compétences qui permettent aux micro-organismes d’utiliser efficacement ces derniers ou de s’appuyer sur eux pour améliorer la production agricole.