Thesis (M.Sc.)-Cairo University, 2023.

Bibliography: pages 99-111.

The structure and dynamic of soil bacterial community plays a crucial role of soil health
and productivity. However, there is a gap in studying the un-/or reclaimed soil bacteriome
and its impact on future plant performance. The 16S metagenomic analysis was found to
be expensive and utilize sophisticated pipelines, making it unfavorable for researchers.
Here, we aim to 1) in silico and in vitro validation of taxon-specific qPCR primer panel
to ensure its specificity and precision, and 2) multidimensional analysis of three
soils/locations in Egypt (Al-Qalyubia, Beni-Suef, and Giza) in terms of their
physicochemical properties, bacteriome composition, and grown plant productivity. The
in silico results disclosed that almost all tested primers showed high specificity/precision
towards the target taxa. Among seventeen measured soil properties, the electrical
conductivity (EC) value (up to 5dS/m) of Al-Qalyubia soil provided an efficient indicator
for soil health, suggesting its potential role in reshaping bacterial communities. The 16S
NGS analysis showed that the soil microbial profile significantly drives future plant
performance, especially the abundance of Proteobacteria and Actinobacteria as key
indicators. The functional prediction analysis results disclosed a high percentage of N-
viii
fixing bacterial taxa in Al-Qalyubia soil compared to other soils, which reflect their
positive impact on wheat plants. The taxon-specific qPCR primer panel results revealed
a precise quantification of the targeted taxa compared to the 16S NGS analysis. In
addition, twelve agro-morphological parameters were determined for grown wheat
plants, and their results showed a high yield in the Al-Qalyubia soil compared to other
soils; this could be attributed to the increased abundance of Proteobacteria and
Actinobacteria, highly enrichment in nutrients (N and K), or increased EC/nutrient
availability. Ultimately, the potential use of a taxon-specific qPCR primer panel as an
alternative approach to NGS provides a cheaper, user-friendly setup with high accuracy.

يلعب هيكل وديناميكية مجتمع بكتيريا التربة دورًا حاسمًا في صحة التربة وإنتاجيتها. ولكن، هناك فجوة في دراسة بكتيريا التربة المستصلحة أو غير المستصلحة وتأثيرها على نمو وإنتاجية النبات في المستقبل. وُجد أن التحليل الميتاجينومي لجينات 16S الرنا الريباسي مكلف ويستخدم طرق متطورة ومعقدة فى التحليل، مما يجعله غير مناسب للباحثين فى بعض الأحيان. هنا ، نهدف إلى: أولا وعن طريق التحليل الحاسوبى والإختبارات فى المعمل للتحقق من صحة ودقة الباداءات الخاصة بالشعب البكتيرية المستهدفة عن طريق تحليل البلمرة المتسلسل الكمى. ثانيا: تحليلات متعددة الأبعاد لثلاثة تربة من محافظات مختلفة في مصر (القليوبية ، بني سويف ، والجيزة)، من حيث الخواص الفيزيائية والكيميائية وتكوين المجتمعات البكتيرية وإنتاجية النبات المزروع. كشفت نتائج الإختبارات الحاسوبية أن جميع البادئات المختبرة تقريبًا أظهرت خصوصية/دقة عالية تجاه الشعب المستهدفة. من بين 17 من خصائص التربة الكيميائية المقاسة ، قدمت قيمة التوصيلية الكهربائية (dS/m 5 ) لتربة القليوبية مؤشراً فعالاً لصحة التربة ، مما يشير إلى دورها المحتمل في إعادة تشكيل المجتمعات البكتيرية. أظهر تحليل تتابعات الحمض النووى لجينات 16S الرنا الريباسي أن التكوين البكتيرى للتربة يحسن بشكل كبير نمو وإنتاجية النبات في المستقبل ، لا سيما وفرة البكتيريا التى تنتمى إلى مجموعات ال Proteobacteria وActinobacteria كمؤشرات رئيسية. بالإضافة إلى ذلك كشفت نتائج تحليل التنبؤ الوظيفي لبيانات تحليل تتابعات الحمض النووى لجينات 16S الرنا الريباسي عن وجود نسبة عالية من الأصناف البكتيرية المثبتة للنيتروجين في تربة القليوبية مقارنة بالتربة الأخرى مما يعكس تأثيرها الإيجابي على نباتات القمح. كما كشفت نتائج تحليل البلمرة المتسلسل الكمى للشعب البكتيرية عن تقدير دقيق للشعب المستهدفة مقارنة بتحليل تتابعات الحمض النووى لجينات 16S الرنا الريباسي. بالإضافة إلى ذلك ، تم تحديد اثني عشر معاملًا شكليا/زراعيًا لنباتات القمح المزروعة ، وأظهرت النتائج إنتاجية عالية في تربة القليوبية مقارنة بالتربة الأخرى. يمكن أن يُعزى هذا إلى زيادة وفرة البكتيريا التى تنتمى إلى مجموعات ال Proteobacteria وActinobacteria ، أو الوفرة العالية بالمغذيات. في النهاية ، فإن الاستخدام المحتمل لتحليل البلمرة المتسلسل الكمى للشعب البكتيرية الخاصة بالتصنيفات كنهج بديل لتحليل تتابعات الحمض النووى لجينات 16S الرنا الريباسي، يوفر إعدادًا أرخص وسهل الاستخدام وبدقة عالية.

Issued also as CD

Text in English and abstract in Arabic & English.