Искусственные ассоциативные симбиозы между томатом и ризобиями, обладающими фунгистатической активностью
Автор: Благова Д.К., Вершинина З.Р., Нигматуллина Л.Р., Лавина А.М., Баймиев аН.Х., Баймиев аЛ.Х.
Журнал: Сельскохозяйственная биология @agrobiology
Рубрика: Микробные биопрепараты в защите и оздоровлении растений
Статья в выпуске: 1 т.50, 2015 года.
Бесплатный доступ
Биологические способы защиты растений применяются в аграрном производстве как альтернатива химическим приемам, использование которых приводит к загрязнению почвы и воды, а также опасно для человека. В настоящей работе рассматривается возможность создания искусственной направленной ассоциации клубеньковых бактерий с растениями для защиты от неблагоприятного воздействия патогенных грибов. Для этого был использован один из механизмов специфичного прикрепления клубеньковых бактерий к корням бобовых растений за счет растительных белков-лектинов, которые способны узнавать и избирательно связываться с разнообразными углеводами, в частности с полисахаридами на клеточных стенках ризобий. Объектами исследования служили композитные растения томата ( Lycopersicon esculentum ) сорта Дубок и изоляты бактерий, ассоциированных с корнями дикорастущих бобовых растений. «Бородатые корни», трансгенные по гену лектина гороха, получали на растениях томата после обработки штаммом Agrobacterium rhizogenes ATCC 15834, несущим вектор pCambia 1305.1 со встроенным геном лектина гороха посевного psl под контролем 35S-промотора вируса мозаики цветной капусты. Проверку антагонистической активности бактерий по отношению к фитопатогенам проводили методом двойной культуры. Проанализирована способность исследуемых микроорганизмов выделять сидерофоры и цианид. Проведена идентификация некоторых изолятов секвенированием фрагментов гена 16S-рРНК. В процессе скрининга имеющейся коллекции изолятов из клубеньков дикорастущих бобовых растений трибы Viceae обнаружены штаммы Rhizobium leguminosarum, Pseudomonas sp. и Stenotrophomonas rhizophila, обладающие фунгистатической активностью в отношении Fusarium solani, F. oxysporum, Fusarium sp. и F. oxysporum f. sp. lycopersici. Способность синтезировать сидерофоры выявили у двух представителей рода Pseudomonas, у S. rhizophila и R. leguminosarum. Цианид выделяли два штамма Pseudomonas (14M и 103) и S. rhizophila. Также было установлено, что обработка трансгенных по гену psl корней штаммом R. leguminosarum 116 уменьшает количество гиф патогена F. oxysporum f. sp. lycopersici в ризосфере томата. Следовательно, использование лектинов в качестве трансгенов позволяет получать искусственные корневые ассоциации с ризобиями у несимбиотрофных растений, что в сочетании с использованием микроорганизмов с фунгистатической активностью может более эффективно защищать корневую систему растений от патогенов
Ризобии, фитопатогенные грибы, трансгенные растения, лектины, ассоциативный симбиоз
Короткий адрес: https://sciup.org/142133561
IDR: 142133561 | DOI: 10.15389/agrobiology.2015.1.107rus
Список литературы Искусственные ассоциативные симбиозы между томатом и ризобиями, обладающими фунгистатической активностью
- Ehteshamul-Haque S., Ghaffar A. Use of rhizobia in the control of root rot diseases of sunflower, okra, soybean and mungbean. J. Phytopathol., 1993, 138: 157-163 ( ) DOI: 10.1111/j.1439-0434.1993.tb01372.x
- Chandra S., Choure K., Dubey R.C., Maheshwari D.K. Rhizosphere competent Mesorhizobium loti MP6 induces root hair curling, inhibits Sclerotinia sclerotiorum and enhances growth of Indian mustard (Brassica campestris). Braz. J. Microbiol., 2007, 38: 128-130 ( ) DOI: 10.1590/s1517-83822007000100026
- Arfaoui B., Sifi A., Boudabous I., Hadrami El., Cherif M. Identification of Rhizobium isolates possessing antagonistic activity against Fusarium oxysporum f. sp. ciceris, the causal agent of Fusarium wilt of chickpea. J. Plant Pathol., 2006, 88: 67-75.
- Deshwal V.K., Pandey P., Kang S.C., Maheshwari D.K. Rhizobia as a biological control agent against soil borne plant pathogenic fungi. Indian J. Exp. Biol., 2003, 41: 1160-1164.
- Antoun H., Beauchamp C.J., Goussard N., Chabot R., Lalande R. Potential of Rhizobium and Bradyrhizobium species as plant growth promoting rhizobacteria on non-legumes: effect on radishes (Raphanus sativus L.). Plant Soil, 1998, 204: 57-68 ( ) DOI: 10.1007/978-94-017-2321-3_5
- Arfaoui A., Sifi B., El Hassni M., El Hadrami I., Boudabous A., Cherif M. Biochemical analysis of chickpea protection against Fusarium wilt afforded by two Rhizobium isolates. Plant Pathol. J., 2005, 4: 35-42 ( ) DOI: 10.3923/ppj.2005.35.42
- Essalmani H., Lahlou H. Bioprotection mechanisms of the lentil plant by Rhizobium leguminosarum against Fusarium oxysporum f. sp. lentis. C. R. Biol., 2003, 326: 1163-1173. ( ) DOI: 10.1016/j.crvi.2003.10.003
- Handelsman J., Stabb E.V. Biocontrol of soilborne plant pathogens. The Plant Cell, 1996, 8: 1855-1869 ( ) DOI: 10.2307/3870235
- Mehboob I., Naveed M., Zahir A.Z., Ashraf M. Potential of Rhizobia for sustainable production of non-legumes. Crop Production for Agricultural Improvement, 2012: 659-704 ( ) DOI: 10.1007/978-94-007-4116-4_26
- Santillana N., Arellano C., Zúñiga D. PGPR capacity of Rhizobium on Lycopersicon esculentum Miller. (tomato). Ecología Aplicada, 2005, 4: 47-51.
- García-Fraile P., Carro L., Robledo M., Ramírez-Bahena M.-H., Flores-Félix J.-D., Fernandez M.T., Mateos P.F., Rivas R., Igual J.M., Martínez-Molina E., Peix Á., Velázquez E. Rhizobium promotes non-legumes growth and quality in several production steps: towards a biofertilization of edible raw vegetables healthy for humans. PLoS ONE, 2012, 7: e38122 ( ) DOI: 10.1371/journal.pone.0038122
- Peumans W.J., van Damme E.J.M. Lectins as plant defense proteins. Plant Physiol., 1995, 109: 347-353 ( ) DOI: 10.1104/pp.109.2.347
- Hirsch A.M. Role of lectins (and rhizobial exopolysaccharides) in legume nodulation. Curr. Opin. Plant Biol., 1999, 2: 320-326 ( ) DOI: 10.1016/s1369-5266(99)80056-9
- Van Rhijn P., Fujishige N.A., Lim P.O., Hirsch A.M. Sugar-binding activity of pea lectin is essential for heterologous infection of transgenic alfalfa plants by Rhizobium leguminosarum biovar viciae. Plant Physiol., 2001, 126: 133-144 ( ) DOI: 10.1104/pp.126.1.133
- Van Rhijn P., Goldberg R.B., Hirsch A.M. Lotus corniculatus nodulation specificity is changed by the presence of a soybean lectin gene. Plant Cell, 1998, 10: 1233-1250 ( ) DOI: 10.1105/tpc.10.8.1233
- Sreevidya V.S., Hernandez-Oane R.J., So R.B., Sullia S.B., Stacey G., Ladha J.K., Reddy P.M. Expression of the legume symbiotic lectin genes psl and gs52 promotes rhizobial colonization of roots in rice. Plant Sci., 2005, 169: 726-736 ( ) DOI: 10.1016/j.plantsci.2005.05.024
- Collier R., Fuchs B., Walter N., Kevin L.W., Taylor C.G. Ex vitro composite plants: an inexpensive, rapid method for root biology. Plant J., 2005, 43: 449-457 ( ) DOI: 10.1111/j.1365-313x.2005.02454.x
- Gatehouse J.A., Bown D., Evans I.M., Gatehouse L.N., Jobes D., Preston P., Croy R.R.D. Sequence of the seed lectin from pea (Pisum sativum L.). Nucl. Acids Res., 1987, 15: 7642 ( ) DOI: 10.1093/nar/15.18.7642
- Вершинина З.Р., Баймиев А.Х., Чемерис А.В. Симбиотические реакции корней облепихи, трансгенных по гену лектина гороха посевного. Физиология растений, 2010, 57(1): 108-116 ( ) DOI: 10.1134/S1021443710010140
- Jefferson R.A. Assaying chimeric genes in plants: the gus gene fusion system. Plant Mol. Biol. Rep., 1987, 5: 387-405 ( ) DOI: 10.1007/bf02667740
- Whipps J.M. Effect of media on growth and interactions between a range of soil-borne glasshouse pathogens and antagonistic fungi. New Phytologist, 1987, 107: 127-142 ( ) DOI: 10.1111/j.1469-8137.1987.tb04887.x
- Pace N.R., Stahl D.A., Lane D.J., Olsen G.J. The analysis of natural microbial populations by ribosomal RNA sequences. Adv. Microbiol. Ecol., 1986, 9: 1-55 ( ) DOI: 10.1007/978-1-4757-0611-6_1
- Schwyn B., Neilands J.B. Universal chemical assay for the detection and determination of siderophores. Analytical Biochemistry, 1987, 160: 47-56 ( ) DOI: 10.1016/0003-2697(87)90612-9
- Bakker A.W., Schippers B. Microbial cyanide production in the rhizosphere in relation to potato yield reduction and Pseudomonas spp-mediated plant growth-stimulation. Soil Biol. Biochem., 1987, 19: 451-457 ( ) DOI: 10.1016/0038-0717(87)90037-x
- Пермяков А.И. Микротехника: Учебно-методическое пособие для слушателей ФПК и студентов биологического факультета МГУ. М., 1988.
- Баймиев Ан.Х., Ямиданов Р.С., Матниязов Р.Т., Благова Д.К., Баймиев Ал.Х., Чемерис А.В. Получение флуоресцентно меченых штаммов клубеньковых бактерий дикорастущих бобовых для их детекции in vivo и in vitro. Молекулярная биология, 2011, 45(6): 984-991 ( ) DOI: 10.1134/S0026893311060033
- Vershinina Z.R., Baymiev An.K., Blagova D.K., Chubukova O.V., Baymiev Al.K., Chemeris A.V. Artificial colonization of non-symbiotic plants roots with the use of lectins. Symbiosis, 2012, 56: 25-33 ( ) DOI: 10.1007/s13199-012-0156-4
- Вершинина З.Р., Баймиев А.Х., Благова Д.К., Князев А.В., Баймиев А.Х., Чемерис А.В. Биоинженерия симбиотических систем: создание новых ассоциативных симбиозов с помощью лектинов на примере табака и рапса. Прикладная биохимия и микробиология, 2011, 47(3): 336-342 ( ) DOI: 10.1134/S0003683811030173
- El-Batanony N.H., Massoud O.N., Mazen M.M., Abd El-Monium M.M. The inhibitory effects of cultural filtrates of some wild Rhizobium spp. On some faba bean root rot pathogens and their antimicrobial synergetic effect when combined with Arbusclar Mycorrhiza (AM). World J. Agric. Sci., 2007, 3: 721-730.
- Баймиев Ан.Х., Птицын К.Г., Мулдашев А.А., Баймиев Ал.Х. Генетическая характеристика клубеньковых бактерий бобовых рода Lathyrus L. (Fabaceae), произрастающих на территории Республики Башкортостан. Экологическая генетика, 2011, 2: 3-8.
- Siddiqui I.A., Ehteshamul-Haque S., Ghaffar A. Effect of Rhizobia and fungal antagonists in the control of root infecting fungi on sun flower and chickpea. Pak. J. Bot., 1998, 30: 279-286.