Наукові доповіді Національного університету біоресурсів і природокористування України

Антимікробна активність екзометаболітів Paenibacillus polymyxa, виділених з ендофітного угруповання зерна озимої пшениці

А. Пастощук, Д. Шустик, П. Зелена, Ю. Юмина, Л. Сківка
Завантажити статтю
Анотація

У попередніх дослідженнях зі складу культурабельного бактеріального ендофітного угруповання зерна пшениці озимої сорту вітчизняної селекції Подолянка з підвищеною стійкістю до збудника базального бактеріозу зернових культур Pseudomonas syringae pv. аtrofaciens було виділено штам Paenibacillus polymyxa Р6 зі множинними рістстимулювальними властивостями (здатністю до солюбілізації фосфатів, олігонітротрофії та продукції гетероауксинів) та антагоністичною активністю щодо фітопатогенних псевдомонад. Метою цієї роботи було дослідження антимікробної дії екзометаболітів виділеного штаму щодо грамнегативних фітопатогенних мікроорганізмів методом відтермінованого антагонізму за умов культивування бактерії-антагоніста до висіву тест-культур упродовж 72 та 120 год. Як тест-культури використовували мікроорганізми, що зберігаються в колекції Інституту мікробіології і вірусології ім.Д.К.Заболотного НАН України: Ralstonia solanocearum B-1109, Pectobacterium carotovora subsp. carotovora B-1077, Pseudomonas syringae pv. syringae В-1022, Pseudomonas syringae pv. syringae van Hall 1902 B-1027, Pseudomonas syringae pv. atrofaciens B-1011, Pseudomonas syringae pv. atrofaciens B-1013, а також Erwinia amylovora АТСС 15580. Встановлено, що екзометаболіти Paenibacillus polymyxa Р6 чинять додозалежну антимікробну дію щодо всіх досліджених фітопатогенних мікроорганізмів. Найбільш виразний інгібівний ефект зареєстровано щодо Erwinia amylovora АТСС 15580, Pseudomonas syringae pv. syringae В-1022 та Ralstonia solanocearum B-1109: діаметр зони відсутності росту за умов дії екзометаболітів, продукованих упродовж 120 год, складає 25,72 ± 4,0 мм, 22,93 ± 2,0 мм та 20,30 ± 4,0 відповідно. Отримані результати обґрунтовують доцільність подальшого вивчення складу і біологічної активності досліджуваних екзометаболітів у перспективі розробки на їх основі біотехнологічних препаратів

Ключові слова

фітопатогени, Paenibacillus polymyxa, ендофіт, екзометаболіти, антимікробна дія

ЦИТУВАТИ
Pastoshchuk, А., Shustyk, D., Zelena, P., Yumyna, Yu., & Skivka, L. (2022). Antimicrobial activity of exometabolites of Paenibacillus polymyxa, isolated from endophytic community of winter wheat grain. Scientific Reports of the National University of Life and Environmental Sciences of Ukraine, 18(1). http://doi.org/10.31548/dopovidi2022.01.005
Використані джерела
  1. Rana, K.L., Kour, D., Kaur, T., Sheikh, I., Yadav, A.N., Kumar, V., Suman, A., & Dhaliwal, H.S. (2020). Endophytic microbes from diverse wheat genotypes and their potential biotechnological applications in plant growth promotion and nutrient uptake. Proceedings of the National Academy of Sciences, India Section B: Biological Sciences, 90, 1-11. https://doi.org/10.1007/s40011-020-01168-0.
  2. Herrera, D., Grossi, C., Zawoznik, M., & Groppa, M.D. (2016). Wheat seeds harbour bacterial endophytes with potential as plant growth promoters and biocontrol agents of Fusarium graminearum. Microbiological Research, 186, 37-43. https://doi.org/10.1016/j.micres.2016.03.00.
  3. Shahzad, R., Khan, A.L., Bilal, S., Asaf, S., & Lee, Y.J. (2018). What is there in seeds? Vertically transmitted endophytic resources for sustainable improvement in plant growth. Frontiers in Plant Science, 9, article number 24. https://doi.org/10.1016/j.micres.2016.03.00.
  4. Shade, A., Jacques, M.A., & Barret, M. (2017). Ecological patterns of seed microbiome diversity, transmission, and assembly. Current Opinion in Microbiology, 37, 15-22. https://doi.org/10.1016/j.mib.2017.03.010.
  5. Papik, J., Folkmanova, M., Polivkova-Majorova, M., Suman, J., & Uhlik, O. (2020). The invisible life inside plants: deciphering the riddles of endophytic bacterial diversity. Biotechnology Advances, 44, article number 107614. https://doi.org/10.1016/j.biotechadv.2020.107614.
  6. Karthikeyan, G., Rajendran, L., Sendhilvel, V., Prabakar, K., & Raguchander, T. (2021). 22 - Diversity and functions of secondary metabolites secreted by epiendophytic microbes and their interaction with phytopathogens, Editor(s): Sudisha Jogaiah, Biocontrol Agents and Secondary Metabolites, Woodhead Publishing, 495-517.
  7. Ek-Ramos, M.J., Gomez-Flores, R., Orozco-Flores, A.A., Rodríguez-Padilla, C., González-Ochoa, G., & Tamez-Guerra, P. (2019). Bioactive products from plant endophytic gram-positive bacteria. Frontiers in Microbiology, 10, article number 463. https://doi.org/10.3389/fmicb.2019.00463.
  8. Deng, Y., Zhu, Y., Wang, P., Zhu, L., Zheng, J., Li, R., Ruan, L., Peng, D., & Sun, M. (2011). Complete genome sequence of Bacillus subtilis BSn5, an endophytic bacterium of Amorphophallus konjac with antimicrobial activity for the plant pathogen Erwinia carotovora subsp. Carotovora. Journal of Bacteriology, 193, 2070-2071. https://doi.org/10.1128/JB.00129-11.
  9. Cazorla, F.M., Romero, D., Pérez-García, A., Lugtenberg, B.J.J., Vicente, A.D., & Bloemberg, G. (2007). Isolation and characterization of antagonistic Bacillus subtilis strains from the avocado rhizoplane displaying biocontrol activity. Journal of Applied Microbiology, 103, 1950-1959. https://doi.org/10.1111/j.1365-2672.2007.03433.x.
  10. Compant, S., Cambon, M.C., Vacher, C., Mitter, B., Samad, A., & Sessitsch, A. (2020). The plant endosphere world— bacterial life within plants. Environmental Microbiology, 23, 1812-1829. https://doi.org/10.1111/1462-2920.15240.
  11. Kuźniar, A., Włodarczyk, K., Grządziel, J., Woźniak, M., Furtak, K., Gałązka, A., Dziadczyk, E., Skórzyńska-Polit, E., & Wolińska, A. (2020). New insight into the composition of wheat seed microbiota. International Journal of Molecular Sciences, 21(13), article number 4634. https://doi.org/10.3390/ijms21134634.
  12. Pastoshchuk, A., Yumyna, Y., Zelena, P., Nudha, V., Yanovska, V., Kovalenko, M., Taran, N., Patyka, V., & Skivka, L. (2021). Beneficial traits of grain-resided endophytic communities in wheat with different sensitivity to Pseudomonas syringae. Regulatory Mechanisms in Biosystems, 12(3), 498-505. https://doi.org/10.15421/022168.
  13. Egorov, I.S. (2004). Fundamentals of the doctrine of antibiotics: Textbook. 6th ed., Reworked. MSU Publishing House; Science, 528.
  14. Guzhvinskaya, S.O. (2018). Determination of antagonistic and adhesive properties of lactobacilli and bifidobacterial. Mikrobiolohichnyi Zhurnal, 80(1), 36-44. https://doi.org/10.15407/microbiolj80.01.036.
  15. Eldeen, I.M.S. (2014). Isolation of 12 bacterial endophytes from some mangrove plants and determination of antimicrobial properties of the isolates and the plant extracts. International Journal of Phytomedicine, 6(3), 425-432.
  16. Klein, J.M., Stockwell, V.O., Minsavage, G.V., Vallad, G.E., Goss, E.M., & Jones, J.B. (2020). Improved deferred antagonism technique for detecting antibiosis. Letters in Applied Microbiology, 71(4), 330-336. https://doi.org/10.1094/PHYTO-09-20-0402-R.
  17. Shvets, M.V. (2017). Enterobacter nimipressuralis-associated bacteria in the pathology of bacterial edema Vetula pendula Roth. Scientific Bulletin of NLTU of Ukraine, 27(3), 66-70.
  18. Aitken, G. (2004). A new approach to conservation: the importance of the individual through wildlife rehabilitation. London: Routledge, 218.
  19. Dudeja, S.S., Suneja-Madan, P., Paul, M., Maheswari, R., & Kothe, E. (2021). Bacterial endophytes: molecular interactions with their hosts. Journal of Basic Microbiology, 61(6), 475-505. https://doi.org/10.1101/2022.01.04.474905.
  20. Tripathi, V.C., Satish, S., Horam, S., Raj, S., Arockiaraj, J., Pasupuleti, M., Singh, A., Amineni, U., Gacem, A., Hasan, M.A., Islam, S., & Batiha, G.E. (2018). Natural products from polar organisms: structural diversity, bioactivities and potential pharmaceutical applications. Polar Science, 18, 147-166. https://doi.org/10.1016/j.polar.2018.04.006.
  21. Compant, S., Cambon, M.C., Vacher, C., Mitter, B., Samad, A., & Sessitsch, A. (2020). The plant endosphere world – bacterial life within plants. Environmental Microbiology, 23, 1812-1829. https://doi.org/10.1111/1462-2920.15240.
  22. Jimenez Madrid, A.M., Klass, T., Roman-Reyna, V., Jacobs, J., & Lewis Ivey, M.L. (2021). Draft genome sequences of four streptomycin-sensitive Erwinia amylovora strains isolated from commercial apple orchards in Ohio. Microbiology Resource Announcements, 10(50), e0089321. https://doi.org/10.1128/MRA.00893-21.
  23. Dagher, F., Olishevska, S., Philion, V., Zheng, J., & Déziel, E. (2020). Development of a novel biological control agent targeting the phytopathogen Erwinia amylovora. Heliyon, 6(10), e05222. https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2020.e05222.
  24. Arab, M., & Ahani Azari, A. (2020). Antagonistic potential of rhizospheric and endophytic bacteria against fire blight, caused by Erwinia amylovora. International Journal of Molecular and Clinical Microbiology, 10(2), 1331-1338.
  25. Paudel, S., Dobhal, S., Alvarez, A.M., & Arif, M. (2020). Taxonomy and phylogenetic research on Ralstonia solanacearum species complex: a complex pathogen with extraordinary economic consequences. Pathogens, 9(11), article number 886. https://doi.org/10.3390/pathogens9110886.
  26. Mamphogoro, T.P., Kamutando, C.N., Maboko, M.M., Aiyegoro, O.A., & Babalola, O.O. (2021). Epiphytic bacteria from sweet pepper antagonistic in vitro to Ralstonia solanacearum BD 261, a causative agent of bacterial wilt. Microorganisms, 9(9), article number 1947. https://doi.org/10.3390/microorganisms9091947.
  27. Wang, X., & Liang, G. (2014). Control efficacy of an endophytic Bacillus amyloliquefaciens strain BZ6-1 against peanut bacterial wilt, Ralstonia solanacearum. BioMed Research International, 2014, article number 465435. https://doi.org/10.1155/2014/465435.
  28. Wu, H.P., Derilo, R.C., Chen, H.L., Li, T.R., Chan, Y.C., Chuang, Y., & Chuang, D.Y. (2021). Injectisome T3SS subunits as potential chaperones in the extracellular export of Pectobacterium carotovorum subsp. carotovorum bacteriocins Carocin S1 and Carocin S3 secreted via flagellar T3SS. BMC Microbiology, 21(1), article number 345.
  29. Padilla-Gálvez, N., Luengo-Uribe, P., Mancilla, S., Maurin, A., Torres, C., Ruiz, P., France, A., Acuña, I., & Urrutia, H. (2021). Antagonistic activity of endophytic actinobacteria from native potatoes (Solanum tuberosum subsp. tuberosum L.) against Pectobacterium carotovorum subsp. carotovorum and Pectobacterium atrosepticum. BMC Microbiology, 21(1), article number 335. https://doi.org/10.1186/s12866-021-02393-x.
  30. Gutiérrez-Barranquero, J.A., Cazorla, F.M., & de Vicente, A. (2019). Pseudomonas syringae pv. syringae associated with mango trees, a particular pathogen within the "hodgepodge" of the Pseudomonas syringae complex. Frontiers in Plant Science, 10, article number 570. https://doi.org/10.3389/fpls.2019.00570.
  31. Butsenko, L.M. (2019). Genomodulatory activity of Pseudomonas syringae pv. syrіngae and P. syringae pv. atrofaciens. Bioresources and Nature Management, 11(3-4), 25-31. https://doi.org/10.31548/bio2019.03.003.
  32. Eltokhy, M.A., Saad, B.T., Eltayeb, W.N., Yahia, I.S., Aboshanab, K.M., & Ashour, M.S.E. (2021). Exploring the nature of the antimicrobial metabolites produced by Paenibacillus ehimensis soil isolate MZ921932 using a metagenomic nanopore sequencing coupled with LC-mass analysis. Antibiotics, 11(1), article number 12. https://doi.org/10.3390/antibiotics11010012.
  33. Hong, C.E., Kwon, S.Y., & Park, J.M. (2016). Biocontrol activity of Paenibacillus polymyxa AC-1 against Pseudomonas syringae and its interaction with Arabidopsis thaliana. Microbiological Research, 185, 13-21. https://doi.org/10.1016/j.micres.2016.01.004.
  34. Liu, Y., Wang, R., Cao, Y., Chen, G., Guo, J., Chen, J., & Guo, A. (2016). Identification and antagonistic activity of endophytic bacterial strain Paenibacillus sp. 5 L8 isolated from the seeds of maize (Zea mays L., Jingke 968). Annals of Microbiology, 66, 653-660. https://doi.org/10.1007/s13213-015-1150-x.
  35. Jeong, H., Choi, S.K., Ryu, C.M., & Park, S.H. (2019). Chronicle of a soil bacterium: Paenibacillus polymyxa E681 as a tiny guardian of plant and human health. Frontiers in Microbiology, 10, article number 467. https://doi.org/10.3389/fmicb.2019.00467.