Glyphosate-microbial interactions: metagenomic insights and future directions.
Front Microbiol · 2025 · 16:1570235 · PMID 40485833 · 등급7 종설·논평 종설 · 환경과 생태 > 토양생물·미생물 · 식물
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글리포세이트 [N-(phosphonomethyl) glycine]는 전 세계적으로 가장 널리 사용되는 체계적 비선택성 제초제이다. 그러나 토양 기능 유지, 식물 건강 및 작물 생산성에 중요한 역할을 하는 토양 미생물 군집에 대한 잠재적 영향에 대한 우려가 증가하고 있다. 글리포세이트는 강한 흡착을 통해 토양에서 불활성화될 수 있지만, 잔류 글리포세이트와 대사산물이 미생물 다양성과 기능성을 변화시킴으로써 농업 생태계에 독성 영향을 미칠 수 있으므로 탈착은 여전히 중요한 과제로 남아 있다. 본 리뷰는 토양 내 글리포세이트의 거동과 메타유전체학적 접근법의 발전(한계점 포함)에 대한 현재 지식을 종합하여, 유전자 변형(GM) 작물 시스템에서 글리포세이트와 미생물 군집 간의 복잡한 상호작용을 더 잘 이해하고자 한다. 글리포세이트는 다양한 박테리아와 곰팡이의 성장을 억제하는 항균 특성을 보여주었다. 반면에, 다른 연구들에서는 글리포세이트가 토양 및 GM 작물의 근권에서 미생물 풍부도를 증가시켜 잠재적인 글리포세이트 분해균(예: Bacillus, Stenetrophomonas, Pseudomonas, Sphingomonas, Phenylobacterium)과 질소 고정 박테리아(예: Bradyrhizobium, Rhizobium, Devosia)의 증식을 촉진할 수 있음을 시사한다. 이러한 상반되는 발견들은 토양 유형, 글리포세이트 처리량 및 작물 품종과 같은 요인들에 의해 영향을 받는다. 더욱이, 본 리뷰는 차세대 염기서열 분석(NGS) 플랫폼 및 참조 데이터베이스의 변동성을 포함한 방법론적 불일치가 문헌상의 불일치에 크게 기여함을 강조한다. 이러한 차이는 사용된 데이터베이스와 NGS 기술의 정확도 또는 주석 표준의 다양한 수준에서 비롯된다. 이러한 문제들을 해결하기 위해, 본 연구는 표준화된 분자 및 생물정보학적 접근법의 필요성을 역설한다. Oxford Nanopore 및 PacBio와 같은 고급 장독(long-read) 염기서열 분석 기술을 호환 가능한 참조 데이터베이스와 통합하는 것은 더 미세한 분류학적 수준에서 미생물 군집 구성을 보다 정확하고 일관되게 분석할 수 있게 할 수 있다. 이러한 발전은 글리포세이트가 GM 작물 시스템에서 병원성 미생물과 식물 생장 촉진 미생물 간의 균형에 어떻게 영향을 미치는지 이해하는 데 도움을 주어 궁극적으로 지속 가능한 농업 관행에 정보를 제공할 수 있을 것이다.ORIGINAL ABSTRACT
Glyphosate [N-(phosphonomethyl) glycine] is the most widely used systematic non-selective herbicide worldwide. However, there is increasing concern about its potential impacts on soil microbial communities, which play crucial roles in maintaining soil functions, plant health, and crop productivity. While glyphosate can be inactivated in soil through strong sorption, desorption remains a significant challenge as glyphosate residues and metabolites can exert toxicity effects on agroecosystems, particularly by altering microbial diversity and functionality. This review synthesizes current knowledge on glyphosate's behavior in soils and advancements in metagenomics approaches (including their limitations) to better understand the complex interactions between glyphosate and microbial communities in genetically modified (GM) cropping systems. Glyphosate has demonstrated antimicrobial properties, inhibiting the growth of various bacteria and fungi. Conversely, other studies suggest that glyphosate may enhance microbial richness, promoting the proliferation of potential glyphosate degraders (e.g., Bacillus, Stenetrophomonas, Pseudomonas, Sphingomonas, and Phenylobacterium) and N2 fixing bacteria (e.g., Bradyrhizobium, Rhizobium, and Devosia) in the bulk soil and rhizosphere of GM crops. These contrasting findings are influenced by factors such as soil types, glyphosate rates, and crop varieties. Moreover, the review highlights that methodological discrepancies, including variations in next-generation sequencing (NGS) platforms and reference databases, contribute significantly to inconsistencies in the literature. These differences stem from varying levels of accuracy or annotation standards in the databases and NGS technologies used. To address these challenges, this study underscores the need for standardized molecular and bioinformatics approaches. Integrating advanced long-read sequencing technologies, such as Oxford Nanopore and PacBio, with compatible reference databases could provide more accurate and consistent analyses of microbial community composition at finer taxonomic levels. Such advancements could improve our understanding of how glyphosate influences the balance between pathogenic microorganisms and plant-growth-promoting microbes in GM cropping systems, ultimately informing sustainable agricultural practices.| 저자 | Sibalekile, A.; Araya, T.; Castillo Hernandez, J.; Kotzé, E. |
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| 저널 | Frontiers in microbiology |
| 권·호·쪽 | 16, 1570235 |
| PMID | 40485833 |
| DOI | 10.1111/j.1365-2672.2010.04864.x |