Department of Botany and Agricultural Biotechnology

Permanent URI for this collection

Browse

Recent Submissions

Now showing 1 - 5 of 17
  • Item
    DNA Metabarcoding of Soil Fungal Communities in Four Agricultural Sites in Khartoum State, Sudan
    (University of Khartoum, 2022-06) Marwa Hatim Eltahir Elnaiem
    Fungi are one of the most diverse groups of organisms on earth, and are considered as one of the least-explored biodiversity resources of our planet. Therefore, this research attempted to investigate soil fungal communities (Mycobiome), their taxonomic and functional composition, diversity and biomass in four in Khartoum State, Sudan. Six land-use types (Soils cultivated with onion, salad rocket, mango, citrus, forage sorghum and bare land) were selected. A total of 87 soil samples were taken randomly from the top 20 cm of the surface soil collected from Shambat (27), Elgref (24), Omdurman (30) and Elseleit (6). The sampling was done during two successive seasons (Winter and summer) of the entire region of 2019. Total DNA was extracted from soil samples using Qiagen Dneasy® PowrSoil® DNA extraction kit. The extracted DNA was used in qPCR to determine the quantity of the soil fungi based on fungal rRNA gene. Also, it was used to amplify the internal transcribed spacer 1 (ITS1) region which was then sequenced using the Ion Torrent sequencing technique. The ITS1 raw sequencing data was processed and analyzed using QIIME2 and DADA2 R package pipeline with the default parameters. All other analyses were performed in R software version 3.6.3 using various packages. Alpha diversity was checked using observed number of taxa and Shannon indices, whereas beta diversity was studied using Bray-Curtis dissimilarity distance and visualized by non-metric multidimensional scaling (NMDS). Fungal functional composition was predicted using FUNGuild tool. Results indicated that fungal biomass in the soil communities varied between 1.86x109 to 3.31x106 copy number per one-gram wet soil with an average of 4.24x108 copy number per sample. Statistical analysis revealed that the fungal biomasses were not significant in the four sites and the two seasons (P-value 0.404), but it was significantly different in the different land-use types. The taxonomic composition of all soil samples, after filtering, revealed 12 fungal phyla encompassing 29 classes, 60 orders, 104 families, 169 genera and 250 species. Ascomycota was the most abundant phylum (86.51%) followed by Basidiomycota (8.06%). Mortierellomycota, Glomeromycota, Chytridiomycota, Rozellomycota, Mucoromycota, Blastocladiomycota, Calcarisporiellomycota, Aphelidiomycota, Zoopagomycota and Oidiomycosis were also recorded and collectively represented 5.42% of the total abundance. The taxonomic units Sordariomycetes (41.02%), Sordariales (23.64%), Cheatomiaceae (15.31%) and Aspergillus (8.42%) were the most abundant class, order, family and genus, respectively. Fusarium kyushuense was the most abundant species which accounted for 2.54% followed by Fusarium solani (2.39%) and Curvularia lunata (2.11%). The observed number of taxa (richness) ranged from 69 to 362 taxa, whereas Shannon index ranged from 2.79 to 5.23. NMDS indicates that fungal communities of Omdurman, Elgerf and Elseleit sites tended to cluster together irrespective of the land-use type. However, in Shambat site, the mycobiomes were scattered but were separated based on the land-use types. According to TukeyHSD statistical test; alpha diversity measures revealed significant differences between the different land-use types in the different sites; mango and citrus land-use types had the highest alpha diversity. However, seasonality had no effect on alpha diversity of all sites except for observed number of taxa in Elgref which was higher in winter. FUNGuild tool made assignments on 298 Amplicon Sequence Variants (ASVs) out of 341. Seven trophic modes were recorded with saprotroph representing the most abundant one (35.37% of the total reads and 48.70% of the total ASVs). The seven modes included 58 ecological guilds and 25.92% of the abundance was not assigned to any ecological guild. Plant pathogens (4.97%) were among the abundant guilds. The study concluded that investigated sites have high fungal diversity with different sites and land-use types having different alpha and beta diversity. Utilization of metabarcoding approach is very useful in exploring soil fungal communities and is highly recommended to be used as an integrative approach in similar studies.تعتبر الفطريات أحد مجموعات الأحياء الأكثر تنوعاً على وجه الأرض، كما تعتبر أحد مصادر التنوع الحيوي الأقل استكشافاً في هذا الكوكب. لذلك فإن هذا البحث هدف لاستكشاف مجتمعات فطريات التربة، تكوينها التصنيفي و الوظيفي، تنوعها و كتلتها الحية في أربعة مواقع في ولاية الخرطوم، السودان. أختيرت ستة أنواع لاستخدام التربة (ترب مزروعة بالبصل، الجرجير، المانجو، الموالح، الذرة العلفية و أرض بور). تم جمع 87 عينة أحذت عشوائياً من ال20 سم العلوية من التربة السطحية من شمبات (27)، أم درمان (30)، الجرف (24) والسليت (6). تم أخذ العينات في موسمين متتاليين (الشتاء و الصيف) لسنة 2019. استخلص الحامض النووي منقوص الأوكسجين الكلي من العينات باستخدام طقم Qiagen Dneasy® PowrSoil® المخصص لاستخلاص الحامض النووي منقوص الأوكسجين. واستخدم الحامض المستخلص في تقنية تفاعل البلمرة المتسلسل الكمي لتقدير كمية الفطريات في التربة وفقاً لجين الحامض النووي الرايبوزي الرايبوسومي للفطريات. كما استخدم الحامض المستخلص لتضخيم منطقة فاصل النسخ الداخلي 1 (Internal Transcribed Spacer 1, ITS1) و التي تمت معرفة تسلسلها باستخدام تقنية Ion Torrent. عولجت بيانات ITS1 الخام و حللت باستخدام برنامج QIIME2 و حزمة DADA2 في برنامج R باستخدام المعايير الافتراضية. أجريت كل التحاليل الأخرى في برنامج R الاصدارة 3.6.3 باستخدام حزم مختلفة. اختبر تنوع ألفا باستخدام مؤشر العدد المشاهد للفئات التصنيفية و مؤشر شانون، بينما تمت دراسة تنوع بيتا باستخدام مسافة عدم تشابهBray-Curtis و تمت رؤيته بالتدرج متعدد الأبعاد غير المتري (NMDS)، كما تم التنبؤ بالمكون الفطري الوظيفي باستخدام أداة FUNGuild. أوضحت النتائج أن الكتلة الحية للفطريات في مجتمعات التربة تراوحت بين 1.86x109 و 3.31x106 عدد نسخ لكل جرام من التربة الرطبة بمتوسط 4.24x108 للعينة. أوضح التحليل الاحصائي أن الكتل الحية غير مختلفة معنوياً بين المواقع الأربعة و بين الموسمين (P-value 0.404)، لكنها مختلفة معنوياً بين أنواع استخدام التربة. أثبت المكون التصنيفي لكل عينات التربة بعد التصفية وجود 12 شعبة تضم 29 صف، 60 رتبة، 104 عائلة ، 169 جنس و250 نوع. كانت شعبة Ascomycota الأكثر توفراً (86.51%) تليها Basidiomycota (8.06%). أيضاً سُجِّل وجود Mortierellomycota، Glomeromycota، Chytridiomycota، Rozellomycota، Mucoromycota، Blastocladiomycota، Calcarisporiellomycota، Aphelidiomycota، Zoopagomycota و Oidiomycosis و مثلت مجتمعة 5.42% من الوفرة الإجمالية. كانت الفئات التصنيفية Sordariomycetes (41.02%) ، Sordariales (23.64%) ، Cheatomiaceae (15.31%) و Aspergillus (8.42%) هي الصف، الرتبة، العائلة و الجنس الأكثر توفراً على التوالي. كان Fusarium kyushuense هو النوع الأكثر توفراً والذي سجل 2.54% يليه Fusarium solani (2.39%) و النوع Curvularia lunata (2.11%). تراوح عدد الفئات المشاهدة (الثراء) من 69 إلى 362، بينما تراوح مؤشر شانون من 2.79 إلى 5.23. أثبت NMDS أن المجتمعات الفطرية لمنطقة أم درمان، الجرف والسليت تميل للتجمع مع بعضها البعض بغض النظر عن نوع استخدام التربة. لكن، في شمبات تشتت المحتويات الفطرية (الميكوبيوم) لكنها انعزلت على أساس نوع استخدام التربة. وفقاً لإختبار TukeyHSD الإحصائي فإن تنوع ألفا قد أثبت وجود اختلافات معنوية بين أنواع استخدام التربة في المواقع المختلفة؛ حيث كان للمانجو والموالح أعلى تنوع ألفا. لكن، ليس للموسمية أثر على تنوع ألفا عدا في العدد المشاهد للفئات التصنيفية في الجرف و الذي كان أعلى في الشتاء. عيَّنَت أداة FUNGuild عدد 298 تسلسل لمتغيرات ناتج التضخيم (ASVs) من أصل 341. سجَّلت سبع أنماط غذائية و كان النمط الرُمِّي هو الأكثر توفراً (35.37% من الوفرة الإجمالية و 48.70% من جملة الASVs). ضمت الأنماط السبعة 58 مجموعة بيئية بينما لم يتم تعيين 25.92% من الوفرة لمجموعة بيئية محددة. مجموعة ممرضات النبات (4.97%) كانت من ضمن المجموعات الأكثر توفراً. خلصت الدراسة إلى أن المواقع المستكشفة ذات تنوع فطري عالي و أن المواقع و استخدامات التربة المختلفة لها تنوع ألف و بيتا مختلفين. إن استخدام نهج الباركود البعدي (metabarcoding) مفيد جداً في استكشاف المجتمعات الفطرية في التربة ويوصى باستخدامه كنهج تكاملي في الدراسات المماثلة.
  • Item
  • Item
    Ability of Four Bacterial Isolates to Solubilize Phosphate, Produce Indole Acetic Acid and Promote Growth of Abu 70 (Sorghum bicolor L.) In vitro
    (University of Khartoum, ) Osman Mustafa Ahmed Osman ; Mai Mohammed Osman Deiab Ahmed
    Phosphate solubilizing bacteria are used as plant growth promoters. Therefore in this study, the ability of four bacterial isolates belong to three genera, namely Bacillus, Paenibacillus, and Rhizobium (Sh) isolated from Demonstrative Farm, Faculty of Agriculture, University of Khartoum (Shambat soil), Khartoum state and Rhizobium (Ns) isolated from Demonstrative Farm of Research Station, Authority of Merowe Dam Area for Agricultural Development, Northern state, to solubilize phosphate and produce indole acetic acid (IAA) and their effect on sorghum seedlings were evaluated. The isolates were grown on ammonium yeast extract glucose (AYG) broth, in batch culture to analyze the concentration of soluble phosphate, with simultaneous measurement of the changes in pH. The activity of alkaline Phosphatase (EC3.1.3.1) was determined using para-nitro phenyl phosphate as substrate. IAA production was measured in broth batch culture (YEM for rhizobia and Nutrients broth for Bacillus and Paenibacillus). Pots trial arranged in a factorial complete randomized design was conducted with five treatments and four replicates to determine the effect of isolates on growth and phosphate content of sorghum seedlings in sterile and non-sterile soils. Results showed that the highest concentration of soluble phosphate was obtained by Bacillus (170 mg L-1) followed by Paenibacillus (155 mg L-1), Rhizobium Sh (147.27 mg L-1) and Rhizobium Ns (140 mg L-1). The pH was reduced from the initial values 7 to 4.25, 4.38, 4.38 and 4.45 by Paenibacillus, Rhizobium Sh, Rhizobium Ns and Bacillus sp., respectively. Alkaline phosphatase activity ranged between 1.5 µmol min-1 for Rhizobium Ns to 0.55 µmol min-1 for Bacillus. While in IAA production, Rhizobium Ns produced the highest amount and Paenibacillus represented the lowest amount. The phosphate content of sorghum seedlings was increased significantly with bacterial inoculation. However, shoot length and dry weight were not affected significantly except for Rhizobium Sh and Bacillus in shoot length and Rhizobium Sh and Paenibacillus in dry weight compared to uninoculated treatments in both non-sterile and sterile soils. The phosphate content of sorghum seedlings in non-sterile soil was significantly higher compared to sterile soil. Nevertheless, the Rhizobium Ns achieved the highest seedlings phosphate content (approximately double the uninoculated) among other inocula. It concludes that the four bacterial isolates have the potentiality to serve as inoculants for phosphate solubilization and plant growth promoting bacteria. Response of different crops to the inoculation with these bacterial isolates is crucial to be further studied : البكتيريا المذيبة للفوسفات تستخدم ايضاً كمحفز لنمؤ النبات’ لهذا فقد أجريت هذه الدراسة لتقييم مقدرة أربع عزلات بكتيرية تتبع لثلاثة اجناس وهي Bacillus sp وPaenibacillus وRhizobium sp. (Sh) المعزولة من المزرعة الإيضاحية، كلية الزراعة، جامعة الخرطوم (تربة شمبات) بولاية الخرطوم وRhizobium sp. (Ns) المعزولة من المزرعة الإيضاحية لمحطة بحوث هيئة تطوير الزراعة بمنطقة سد مروي، الولاية الشمالية، على إذابة الفوسفات و إنتاج إندول حامض الخليك (IAA) ، كما قيم ايضاً تأثير هذه العزلات على بادرات الذرة الرفيعة (ابوسبعين). زرعت العزلات على مرق الأمونيا ومستخلص الخميرة والجلوكوز (AYG) بطريقة الإستزراع على دفعات لدراسة تركيز الفوسفات المذاب، متزامناً معها قياس التغير في الاس الهيدروجيني كما قدر نشاط إنزيم الفوسفاتيز القلوي( EC3.1.3.1) باستخدام ركيزة رباعي نيترو فينايل الفوسفات (para-nitro phenyl phosphate). كذلك قيس إنتاج IAA بمرق مستخلص الخميرة والمانيتول لل(Rhizobia) وبالمرق المغذي لل( Bacillus وPaenibacillus .( اجريت تجربة في أصص بتصميم عاملي كامل العشوائية بخمس معاملات ذات اربع مكررات، لمعرفة تأثيرالتلقيح بالعزلات البكتيرية على النمو والمحتوى الفوسفاتي لبادرات الذرة الرفيعة في التربة المعقمة وغير المعقمة .أوضحت النتائج أن الحصول على أعلى تركيز للفوسفات المذاب عند نهاية التجربة كان متحصلاً عليه من Bacillus 170( ملجم للتر) تليها Paenibacillus 155) ملجم للتر) ثم Rhizobium Sh 147.27) ملجم للتر) و ) Rhizobium Ns140 ملجم للتر). كذلك إنخفض الاس الهيدروجيني من القيمة الإبتدائية 7 إلى 4.25 و 4.38 و 4.38 و 4.45 من قبل Paenibacillus و Rhizobium Sh و Rhizobium Ns وBacillus تباعاً . أعلى نشاط لإنزيم الفوسفاتيز القلوي كان (1.5 ميكرومول للدقيقة) لبكتيريا Rhizobium Ns تليها Rhizobium Sh بنشاط إنزيم (1.12 ميكرومول للدقيقة) ثم Paenibacillus (0.71 ميكرومول للدقيقة) واخيراً Bacillus (0.55 ميكرومول للدقيقة). بينما في تجربة انتاج IAA كانت Rhizobium Ns الأعلى انتاجاً بينما كانت Paenibacillus الأقل إنتاجاً. محتوى بادرات الذرة الرفيعة من الفوسفات زاد معنوياً مع التلقيح البكتيري. بينما لم يتأثر طول المجموع الخضري والوزن الجاف معنوياً باستثناء Rhizobium Ns وBacillus في طول المجموع الخضري و Rhizobium Ns و Paenibacillus في الوزن الجاف مقارنةً بالبادرات غير الملقحة (الشاهد) في كلٍ من التربة المعقمة و غير المعقمة. لكن بادرات الذرة الرفيعة في التربة غير المعقمة كانت ذات محتوى فوسفاتي أعلى معنوياً من التربة المعقمة. وبالرغم من ذلك فإن Rhizobium Ns حققت أعلى محتوى فوسفات للبادرات (الضعف تقريباً) مقارنة باللقاحات الاخرى. خلصت الدراسة إلى أن العزلات البكتيرية الأربع يمكن استخدامها كبكتيريا مذيبة للفوسفات وكمحفزة لنمو النبات. استجابة محاصيل مختلفة للتلقيح بهذه العزلات البكتيرية مصيري للمزيد من الدراسات.
  • Item
    Effects Of Watering Intervals And Time Of Weeding On Growth And Yield Of Groundnuts(Arachis hypogaea L.)
    (University of Khartoum, ) Abdel Hameed Abdel Latif Abdel Gadir ; .
  • Item
    Agronomical Evaluation and Differential Expression of MicroRNAs in Six Sudanese Sorghum (Sorghum bicolor L.Moench) Genotypes under Drought and Salt Stress
    (University of Khartoum, ) Rania Suliman Mohamed EL Sanousi ; Nada Babiker Hamza
    The main objective of this study was to evaluate the performance and variability of six Sudanese sorghum genotypes (Wad Ahmed, Tabat, Tetron, Red Mugud, Arfa Gadamak and Dwarf White Milo) under drought and salt stresses. Also it was intended to identify sorghum miRNAs that are differentially expressed under drought and salt stresses.Moreover, the study was aimed to detect the conserved and novel miRNAs.For the drought stress experiment, sorghum grains were sown on 20th June2014, at the Experimental Farm, Faculty of Agriculture, University of Khartoum.The experiment was laid out in a split plot design with three replicates. Water treatments were assigned to the main plots and genotypes to the sub plots.Pre- flowering drought stress was applied 35 days after sowing and post-flowering droughtstress was applied 60 days after sowing.The results showed significant differences (P<0.05) among the six sorghum genotypes for the vegetative and some reproductive and yieldtraits. Thus,the results indicated thatsorghum genotypes were more tolerant to the pre- flowering drought stress. Relative performance of the studied characters such as vegetative and yield parametersdifferentiated the genotypes Wad Ahmed, Arfa Gadamak and Red Mugud werethe most droughttolerant. For the salt stressexperiment,the six sorghumgenotypes were sown in sand: loam (1:1) soil in pots. The experiment was arranged in a completely randomized design with three replicates.Threesalinity levels were x used,(control0 NaCl, 200mM and 300mM NaCl concentrations).Forty days old seedling were irrigated daily with 50 ml half strength MS medium mixed withsalt concentrations 200mM NaCl, 300mM NaCl and without NaCl for ten days. Analysis of variance revealed significant differences(P<0.05) among the six sorghum genotype for shoot and root length, shoot and root fresh and dry weight. The genotypes Milo and Red Mugud exhibited the best performance under 200mM and 300mM NaCl. The sorghum miRNAs that are differentially expressed under drought and salt stresseswere investigated using semi quantitative Reverse Transcription (RT- PCR) technology. The results indicated that both drought and salt stress altered the expression pattern of miRNAs in a dose-dependent manner.Also the results showed that miR156, miR167, miR168, and miR399 gave different expression levels compared to other studied miRNAs which maybe attributedto adaptation of sorghum to drought and salt stresses and were considered as good candidates for improving sorghum by transgenic technology.The investigation of sorghum miRNAs using high throughput sequencing techniqueidentified 3,040 conserved miRNAs and 5,330 novelmiRNAs. The study concludes that the adaptation in sorghum to a wide range of environmental conditions such as drought and salinity stress is the result of widespread genetic evolution, so it is described as an excellent model for crops in the assessment of the genetic and physiological mechanisms of resistance to abiotic stress. So far it has been identified miRNAs in a few plant species. So, better understanding of miRNA-guided gene regulations and roles in plants can lead to improving abiotic stress tolerance in plants and production of new tolerant sorghum varieties. هدفت الدراسة لتقييم اداء وتباين ستة طرز وراثية من الذرة الرفيعة السودانية (ود أحمد، طابت، تترون، مقد أحمر ،أرفع قدمك ومايلو أبيض ) تحت إجهادي الجفاف والملوحة. ايضا كان المراد من الدراسة التعرف على الأحماض النووية الريبوسية الدقيقة للذرة الرفيعة والتى يُعبر عنها تحت إجهادي الجفاف والملوحة .بالاضافة ذلك هدفت الدراسة الى تحديد الأحماض النووية الريبوسية الدقيقة المحافظة والجديدة. لتجربة إجهاد الجفاف زُرعت بذور الذرة في 20 يونيو 2014 في المزرعة التجريبية، كلية الزراعة، جامعة الخرطوم. استخدم تصميم القطع المنشطرة بثلاث مكررات. عينت الاحواض الرئيسية للمعاملات المائية والاحواض الفرعية للطرز الوراثية. طُبق إجهاد ما قبل الإزهار بعد 35 يوماً من الزراعة وطُبق إجهاد ما بعد الإزهار بعد 60 يوماً من الزراعة. اظهرت النتائج فروقات معنوية وسط الطرز الوراثية الستة للصفات الخضرية وبعض الصفات الإنتاجية . وهكذا ، فإن النتائج أوضحت أن الطرز الوراثية للذرة الرفيعة اكثر تحملاً لإجهاد ما قبل الإزهار. الأداء النسبي لمعظم الصفات التى درست مثل الصفات الخضرية والإنتاجية اظهر ان الطرز الوراثية ود أحمد و أرفع قدمك و مقد أحمر بأنها الأكثر تحملاً للجفاف. لتجربة الاجهاد الملحي زُرعت الطرز الوراثية الستة في تربة رمل : طمي (1:1) في اصص. تم ترتيب التجربة في التصميم العشوائي الكامل بثلاث مكررات. استخدمت ثلاث مستويات من الملح ( كنترول 0 كلوريد الصوديوم و 200 ملي مول و 300 ملي مول كلوريد الصوديوم ) . البادرات بعمر أربعين يوما رويت يوميا ب 50 مل من محلول الوسط الغذائي الممزوج مع تراكيز الملح 200 ملي مول او 300 ملي مول او من دون ملح لمدة عشرة ايام. اظهرت النتائج فروقات معنوية وسط الطرز الوراثية الستة لطول المجموع الخضري والجذري و الوزن الغض والجاف للمجموع الخضري والجذري. الطرز الوراثية مايلو ومقد احمر أظهرت أفضل أداء تحت التركيزين 200 ملي مول و 300 ملي مول من كلوريد الصوديوم. تم التحقق من الأحماض النووية الريبوسية الدقيقة للذرة الرفيعة والتى يُعبر عنها تحت إجهادي الجفاف والملوحة باستخدام تقنية شبه التقدير الكمي لتفاعل السلسلة البلمري. أوضحت النتائج أن كلا من إجهاد الجفاف والملوحة أدى الى تغيير في اسلوب التعبير للأحماض النووية الريبوسية الدقيقة. وأوضحت النتائج أن كلا من الحامض النووي الريبوسي الدقيق 156، 167، 168 و 399 أعطت مستويات تعبير مختلفة مقارنة مع بقية الأحماض النووية الريبوسية الدقيقة التى درست ، ويمكن أن يعزى ذلك لتأقلم الذرة الرفيعة لإجهادي الجفاف والملوحة مما يجعلها مرشحاً جيداً لتحسين الذرة الرفيعة بتقنية التحوير الوراثي. بالتحقق من الأحماض النووية الريبوسية الدقيقة للذرة الرفيعة باستخدام تقنية التسلسل الإنتاجي العالي تم التعرف على 3040 حمض نووي رايبوسي دقيق محافظ و 5330 حمض نووي رايبوسي دقيق جديد. وتخلص الدراسة الى ان التكيف فى الذرة الرفيعة لمجموعة واسعة من الظروف البيئية مثل إجهاد الجفاف و الملوحة هو نتيجة التطور الجيني الواسع ، لذلك توصف بأنها نموذج ممتاز للمحاصيل في تقييم الآليات الوراثية و الفسيولوجية لمقاومة الاجهاد اللاحيوي. حتى الآن تم التعرف على الأحماض النووية الريبوسية الدقيقة في قليل من الانواع النباتية . لذا فإن الفهم الجيد للتنظيم الجيني للاحماض النووية الريبوسية الدقيقة وادوارها في النباتات يمكن أن يؤدي إلى تحسين تحمل الإجهاد اللاحيوي في النباتات و إنتاج أصناف جديدة مقاومة من الذرة الرفيعة.