Анализ эффектов совместной инокуляции грибами арбускулярной микоризы и ризобиями на рост и развитие растений гороха Pisum sativum L

Анализ эффектов совместной инокуляции грибами арбускулярной микоризы и ризобиями на рост и развитие растений гороха Pisum sativum L

Автор: Леппянен И.В., Штарк О.Ю., Павлова О.А., Бовин А.Д., Иванова К.А., Серова Татьяна Александровна, Долгих Е.А.

Журнал: Сельскохозяйственная биология @agrobiology

Рубрика: Симбиотические взаимодействия

Статья в выпуске: 3 т.56, 2021 года.

Бесплатный доступ

Совместная инокуляция грибами арбускулярной микоризы и азотфиксирующими бактериями порядка Rhizobiales (ризобиями) способна стимулировать рост и развитие растений. Такое влияние может быть как проявлением синергического эффекта двух микроорганизмов на растение в многокомпонентной системе, так и результатом взаимного воздействия микроорганизмов друг на друга, однако механизмы, которые лежат в основе взаимного влияния микроорганизмов, остаются недостаточно полно изученными. В представленной работе впервые показано, что при совместной инокуляции растений гороха грибами арбускулярной микоризы и ризобиями важен способ внесения микроорганизмов. При последовательной инокуляции наблюдалась конкуренция микроорганизмов за нишу в растении. Нашей целью было изучение возможности использования комбинации штаммов грибов арбускулярной микоризы Rhizophagus irregularis BEG144 и ризобий Rhizobium leguminosarum bv. viciae RCAM 1026 для совместной инокуляции гороха посевного Pisum sativum L. У растений оценивали индукцию маркеров развития двух типов симбиоза, степень микоризации корней, а также биометрические показатели. Исследования проводили на проростках гороха сорта Frisson, выращенных в стерильных условиях. Для инокуляции использовали изолят гриба Rhizophagus ir-regularis BEG144. Получали инокулюм на основе микоризованных корней плектрантуса ( Plecthrantus australis ). Инокулюм вносили в увлажненный субстрат перед посадкой проростков гороха. Через 7 сут после посадки в систему вносили штамм ризобий Rhizobium leguminosarum bv. viciae RCAM 1026. Схема опыта включала следующие варианты: без инокуляции (контроль), R. leguminosarum (Rlv), R. irregularis (АМ), R. irregularis + R. leguminosarum (АМ + Rlv). Через 9 и 21 сут после посадки (через 2 и 14 сут после бактериальной инокуляции) собирали материал для анализа экспрессии генов - маркеров развития бобово-ризобиального симбиоза. На 21-е сут после посадки проводили сбор растений с целью определения их биометрических параметров, а также контроля развития симбиозов. Боковые корни обрезали и замораживали в жидком азоте. После выделения суммарной РНК синтезировали кДНК на матрице РНК с помощью обратной транскриптазы с использованием олиго(дT) праймеров и проводили анализ методом количественной ПЦР, совмещенной с обратной транскрипцией (ОТ-ПЦР) (CFX96 Real-Time, «Bio-Rad Laboratories», США). Было показано, что общая масса растений и масса корневой системы достоверно (р function show_abstract() { $('#abstract1').hide(); $('#abstract2').show(); $('#abstract_expand').hide(); }

Еще

Растительно-микробные взаимодействия, ризосфера, симбиоз, арбускулярная микориза, ризобии, rhizophagus irregularis, экспрессия генов, pisum sativum

Короткий адрес: https://sciup.org/142231364

IDR: 142231364   |   DOI: 10.15389/agrobiology.2021.3.475rus

Список литературы Анализ эффектов совместной инокуляции грибами арбускулярной микоризы и ризобиями на рост и развитие растений гороха Pisum sativum L

  • Lal R. Soils and sustainable agriculture: a review. In: Sustainable agriculture /E. Lichtfouse, M. Navarrete, P. Debaeke, S. Veronique, C. Alberola (eds.). Springer, 2009: 15-23 (doi: 10.1007/978-90-481-2666-8_3).
  • Conway G.R., Barbier E.B. After the green revolution: sustainable agriculture for development. Routledge, London, 2013 (doi: 10.4324/9781315066820).
  • Mahanty T., Bhattacharjee S., Goswami M., Bhattacharyya P., Das B., Ghosh A., Tribedi P.Biofertilizers: a potential approach for sustainable agriculture development. Environmental Science and Pollution Research International, 2017, 24(4): 3315-3335 (doi: 10.1007/s11356-016-8104-0).
  • Bethlenfalvay G.J., Brown M.S., Franson R.L. Glycine-Glomus-Bradyrhizobium symbiosis: X. Relationships between leaf gas exchange and plant and soil water status in nodulated, mycorrhizal soybean under drought stress. Plant Physiology, 1990, 94(2): 723-728 (doi: 10.1104/pp.94.2.723).
  • Artursson V., Finlay R.D., Jansson J.K. Interactions between arbuscular mycorrhizal fungi and bacteria and their potential for stimulating plant growth. Environmental Microbiology, 2006, 8(1): 1-10 (doi: 10.1111/j.1462-2920.2005.00942.x).
  • Ballesteros-Almanza L., Altamirano-Hernandez J., Peсa-Cabriales J.J., Santoyo G., Sanchez-Yaсez J.M., Valencia-Cantero E., Macias-Rodriguez L., Lopez-Bucio J., Cardenas-Navarro R., Farias-Rodriguez R. Effect of co-inoculation with mycorrhiza and rhizobia on the nodule trehalose content of different bean genotypes. The Open Microbiology Journal, 2010, 4(1): 83-92 (doi: 10.2174/11874285801004010083).
  • Bhattacharjee S., Dutta Sharma G. Effect of dual inoculation of arbuscular mycorrhiza and Rhizobium on the chlorophyll, nitrogen and phosphorus contents of pigeon pea (Cajanus cajan L.). Advances in Microbiology, 2012, 2(4): 561-564 (doi: 10.4236/aim.2012.24072).
  • Dilworth M.J. Dinitrogen fixation. Annual Review of Plant Physiology, 1974, 25(1): 81-114 (doi: 10.1146/annurev.pp.25.060174.000501).
  • Stewart W.D.P., Alexander G. Phosphorus availability and nitrogenase activity in aquatic bluegreen algae. Freshwater Biology, 1971, 1(4): 389-404 (doi: 10.1111/j.1365-2427.1971.tb01570.x).
  • Kondo M., Kobayashi M., Takahashi E. Effect of phosphorus and temperature on the growth and nitrogenase activity in Azolla-Anabaena association. Soil Science and Plant Nutrition, 1989, 35(2): 217-226 (doi: 10.1080/00380768.1989.10434754).
  • Crews T.E. Phosphorus regulation of nitrogen fixation in a traditional Mexican agroecosystem. Biogeochemistry, 1993, 21(3): 141-166 (doi: 10.1007/BF00001115).
  • Tajini F., Trabelsi M., Drevon J.J. Combined inoculation with Glomus intraradices and Rhizobium tropici CIAT899 increases phosphorus use efficiency for symbiotic nitrogen fixation in common bean (Phaseolus vulgaris L.). Saudi Journal of Biological Sciences, 2012, 19(2): 157-163 (doi: 10.1016/j.sjbs.2011.11.003).
  • Valdenegro M., Barea J.M., Azcón R. Influence of arbuscular-mycorrhizal fungi, Rhizobium meliloti strains and PGPR inoculation on the growth of Medicago arborea used as model legume for revegetation and biological reactivation in a semi-arid mediterranean area. Plant Growth Regulation, 2001, 34(2): 233-240 (doi: 10.1023/A:1013323529603).
  • Islam R., Ayanaba A., Sanders F.E. Response of cowpea (Vigna unguiculata) to inoculation with VA-mycorrhizal fungi and to rock phosphate fertilization in some unsterilized Nigerian soils. Plant and Soil, 1980, 54(1): 107-117 (doi: 10.1007/BF02182003).
  • Xavier L.J.C., Germida J.J. Selective interactions between arbuscular mycorrhizal fungi and Rhizobium leguminosarum bv. viceae enhance pea yield and nutrition. Biology and Fertility of Soils, 2003, 37(5): 261-267 (doi: 10.1007/s00374-003-0605-6).
  • Stancheva I., Geneva M., Zehirov G., Tsvetkova G., Hristozkova M., Georgiev G. Effects ofcombined inoculation of pea plants with arbuscular mycorrhizal fungi and Rhizobium on nodule formation and nitrogen fixing activity. General and Applied Plant Physiology, 2006, 1: 61-66.
  • Grunwald U., Nyamsuren O., Tamasloukht M., Lapopin L., Becker A., Mann P., Gianinazzi-Pearson V., Krajinski F., Franken P. Identification of mycorrhiza-regulated genes with arbuscule development-related expression profile. Plant Molecular Biology, 2004, 55(4): 553-566 (doi: 10.1007/s11103-004-1303-y).
  • Xie Z.P., Staehelin C., Vierheilig H., Wiemken A., Jabbouri S., Broughton W.J., Vogeli-Lange R.,Boller T. Rhizobial nodulation factors stimulate mycorrhizal colonization of nodulating and nonnodulating soybeans. Plant Physiology, 1995, 108(4): 1519-1525 (doi: 10.1104/pp.108.4.1519).
  • Maillet F., Poinsot V., André O., Puech-Pagés V., Haouy A., Gueunier M., Cromer L., Giraudet D., Formey D., Niebel A., Martinez E.A., Driguez H., Becard G., Dénarié J. Fungal lipochitooligosaccharide symbiotic signals in arbuscular mycorrhiza. Nature, 2011, 469(7328): 58-64 (doi: 10.1038/nature09622).
  • Whipps J.M. Prospects and limitations for mycorrhizas in biocontrol of root pathogens. Canadian Journal of Botany, 2004, 82(8): 1198-1227 (doi: 10.1139/B04-082).
  • Volpiano C.G., Lisboa B.B., Granada C.E., José J.F.B.S., de Oliveira A.M.R., Beneduzi A., Perevalova Y., Passaglia L.M.P., Vargas L.K. Rhizobia for biological control of plant diseases. In: Microbiome in plant health and disease /V. Kumar, R. Prasad, M. Kumar, D. Choudhary (eds.). Springer, Singapore, 2019, 1(1): 315-336 (doi: 10.1007/978-981-13-8495-0_14).
  • Gao X., Lu X., Wu M., Zhang H., Pan R., Tian J., Li S., Liao H. Co-inoculation with rhizobia and AMF inhibited soybean red crown rot: From field study to plant defense-related gene expression analysis. PLoS ONE, 2012, 7(3): e33977 (doi: 10.1371/journal.pone.0033977).
  • Azcón R., Rubio R., Barea J.M. Selective interactions between different species of mycorrhizal fungi and Rhizobium meliloti strains, and their effects on growth, N2‐fixation (15N) and nutrition of Medicago sativa L. New Phytologist, 1991, 117(3): 399-404 (doi: 10.1111/j.1469-8137.1991.tb00003.x).
  • Orosz L., Sváb Z., Kondorosi A., Sik T. Genetic studies on rhizobiophage 16-3. I. Genes and functions on the chromosome. Molecular and General Genetics MGG, 1973, 125(4): 341-350 (doi: 10.1007/BF00276589).
  • Shtark O.Y., Sulima A.S., Zhernakov A.I., Kliukova M.S., Fedorina J. V., Pinaev A.G., Kryukov A.A., Akhtemova G.A., Tikhonovich I.A., Zhukov V.A. Arbuscular mycorrhiza development in pea (Pisum sativum L.) mutants impaired in five early nodulation genes including putative orthologs of NSP1 and NSP2. Symbiosis, 2016, 68(1-3): 129-144 (doi: 10.1007/s13199-016-0382-2).
  • Kirienko A.N., Porozov Y.B., Malkov N.V., Akhtemova G.A., Le Signor C., Thompson R., Saffray C., Dalmais M., Bendahmane A., Tikhonovich I.A., Dolgikh E.A. Role of a receptor-like kinase K1 in pea Rhizobium symbiosis development. Planta, 2018, 248(5): 1101-1120 (doi: 10.1007/s00425-018-2944-4).
  • Leppyanen I.V., Shakhnazarova V.Y., Shtark O.Y., Vishnevskaya N.A., Tikhonovich I.A., Dolgikh E.A. Receptor-like kinase LYK9 in Pisum sativum L. is the CERK1-like receptor that controls both plant immunity and AM symbiosis development. International Journal of Molecular Sciences, 2017, 19(1): 8 (doi: 10.3390/ijms19010008).
  • Jin Y., Liu H., Luo D., Yu N., Dong W., Wang C., Zhang X., Dai H., Yang J., Wang, E. DELLA proteins are common components of symbiotic rhizobial and mycorrhizal signalling pathways. Nature Communications, 2016, 7: 12433 (doi: 10.1038/ncomms12433).
  • Fonouni-Farde C., Tan S., Baudin M., Brault M., Wen J., Mysore K.S., Niebel A., Frugier F., Diet A. DELLA-mediated gibberellin signaling regulates Nod factor signalling and rhizobial infection. Nature Communications, 2016, 7: 12636 (doi: 10.1038/ncomms12636).
  • Scheres B., van Engelen F., van der Knaap E., van de Wiel C., van Kammen A., Bisseling T. Sequential induction of nodulin gene expression in the developing pea nodule. The Plant Cell, 1990, 2(8): 687-700 (doi: 10.1105/tpc.2.8.687).
  • Dolgikh E.A., Leppyanen I. V., Osipova M.A., Savelyeva N.V., Borisov A.Y., Tsyganov V.E., Geurts R., Tikhonovich I.A. Genetic dissection of Rhizobium-induced infection and nodule organogenesis in pea based on ENOD12A and ENOD5 expression analysis. Plant Biology, 2011, 13(2): 285-296 (doi: 10.1111/j.1438-8677.2010.00372.x).
  • Zhukov V., Radutoiu S., Madsen L.H., Rychagova T., Ovchinnikova E., Borisov A., Tikhonovich I., Stougaard J. The Pea Sym37 receptor kinase gene controls infection-thread initiation and nodule development. Molecular Plant-Microbe Interactions, 2008, 21(12): 1600-1608 (doi: 10.1094/MPMI-21-12-1600).
  • Niwa R., Koyama T., Sato T., Adachi K., Tawaraya K., Sato S., Hirakawa H., Yoshida S.,Ezawa T. Dissection of niche competition between introduced and indigenous arbuscular mycorrhizal fungi with respect to soybean yield responses. Scientific Reports, 2018, 8: 7419 (doi: 10.1038/s41598-018-25701-4).
  • Engelmoer D.J., Behm J.E., Toby Kiers E. Intense competition between arbuscular mycorrhizal mutualists in an in vitro root microbiome negatively affects total fungal abundance. Molecular Ecology, 2014, 23(6): 1584-1593 (doi: 10.1111/mec.12451).
Еще
Статья научная
QR-код для установки приложения SciUp Наведите камеру и скачайте бесплатное приложение SciUp