Эндофитные бактерии как перспективный биотехнологический ресурс и их разнообразие

Эндофитные бактерии как перспективный биотехнологический ресурс и их разнообразие

Автор: Чеботарь В.К., Щербаков А.В., Щербакова Е.Н., Масленникова С.Н., Заплаткин А.Н., Мальфанова Н.В.

Журнал: Сельскохозяйственная биология @agrobiology

Рубрика: Микробно-растительные системы

Статья в выпуске: 5 т.50, 2015 года.

Бесплатный доступ

Эндофитными называются бактерии, способные колонизировать внутренние ткани растения, не вызывая его заболеваний и не оказывая отрицательного влияния на развитие. Открываются большие перспективы по поиску, выделению и изучению новых видов эндофитных бактерий, положительно влияющих на развитие растений, с целью создания новых микробиологических препаратов для адаптивного растениеводства. Бактериальные эндофиты колонизируют те же экологические ниши, что и фитопатогенные микроорганизмы, поэтому рассматриваются как перспективный агент биоконтроля фитопатогенов. Классические исследования биоразнообразия эндофитных бактерий основаны на характеристике изолятов, полученных из внутренних тканей растений после поверхностной стерилизации. Эндофитные бактерии способны улучшать фосфорное питание растений, продуцировать ИУК и сидерофоры. Показано, что эндофитные бактерии могут продуцировать витамины, а также обладают дополнительными свойствами, необходимыми для улучшения развития растений, такими как регуляция осмотического давления и работы устьиц, модификация развития корневой системы растений, регуляция азотного питания. Эндофитные бактерии способны уменьшать или предотвращать отрицательное воздействие фитопатогенных микроорганизмов. Инокуляция растений эндофитными бактериями способна значительно уменьшать вред, наносимый патогенными грибами, бактериями, вирусами, насекомыми и нематодами. Уникальные штаммы эндофитных бактерий могут быть использованы непосредственно для инокуляции семян или саженцев, уменьшая таким образом влияние биотических и абиотических факторов за счет активной колонизации внутренних тканей и последующего позитивного биохимического и физиологического воздействия на растение. Находясь в эндосфере, эндофиты имеют существенное преимущество перед организмами, обитающими в ризосфере и филлосфере за счет стабильного рН, влажности, потока питательных веществ и отсутствия конкуренции со стороны большого числа микроорганизмов. Для инокуляции растений эндофитными бактериями не требуется больших количеств инокулюма, учитывая высокую специфичность этого растительно-микробного симбиоза и конкурентоспособность эндофитных бактерий. Такой прием может быть весьма привлекательным для биотехнологических производств, ищущих замену традиционным химическим пестицидам.

Еще

Эндофитные бактерии, биоразнообразие, растительно-микробное взаимодействие, ростстимуляция, биоконтроль, вторичные метаболиты, геном бактерий, микробные препараты

Короткий адрес: https://sciup.org/142133628

IDR: 142133628   |   DOI: 10.15389/agrobiology.2015.5.648rus

Список литературы Эндофитные бактерии как перспективный биотехнологический ресурс и их разнообразие

  • Lindow S.E., Brandl M.T. Microbiology of the phyllosphere. Appl. Environ. Microbiol., 2003, 69: 1875-1883 ( ) DOI: 10.1128/AEM.69.4.1875-1883.2003
  • Kuiper I., Lagendijk E.L., Bloemberg G.V., Lugtenberg B.J. Rhizoremediation: a beneficial plant-microbe interaction. Mol. Plant Microbe Interact., 2004, 17: 6-15 ( ) DOI: 10.1094/MPMI.2004.17.1.6
  • Berg G., Eberl L., Hartmann A. The rhizosphere as a reservoir for opportunistic human pathogenic bacteria. Environ. Microbiol., 2005, 7: 1673-1685 ( ) DOI: 10.1111/j.1462-2920.2005.00891.x
  • Holliday P. A dictionary of plant pathology. Cambridge University Press, Cambridge, 1989.
  • Schulz B., Boyle C. What are endophytes? In: Microbial root endophytes/B.J.E. Schulz, C.J.C. Boyle, T.N. Sieber (eds.). Springer-Verlag, Berlin, 2006: 1-13.
  • Strobel G., Daisy B., Castillo U., Harper J. Natural products from endophytic microorganisms. J. Nat. Prod., 2004, 67: 257-268 ( ) DOI: 10.1021/np030397v
  • Ryan R.P., Germaine K., Franks A., Ryan D.J., Dowling D.N. Bacterial endophytes: recent developments and applications. FEMS Microbiol. Lett., 2008, 278: 1-9 ( ) DOI: 10.1111/j.1574-6968.2007.00918.x
  • Lima A.C.F., Pizauro Junior J.M., Macari M., Malheiros E.B. Efeito do uso de probiotico sobre o desempenho e a atividade de enzimas digestivas de frangos de corte. Revista Brasileira de Zootecnia, 2003, 32: 200-207.
  • Koumoutsi A., Chen X.-H., Henne A., Liesegang H., Hitzeroth G., Franke P., Vater J., Borriss R. Structural and functional characterization of gene clusters directing nonribosomal synthesis of bioactive cyclic lipopeptides in Bacillus amyloliquefaciens strain FZB42. J. Bacteriol., 2004, 186(4): 1084-1096 ( ) DOI: 10.1128/JB.186.4.1084-1096.2004
  • Azevedo J.L., Maccheroni J. Jr., Pereira O., Ara W.L. Endophytic microorganisms: a review on insect control and recent advances on tropical plants. Electr. J. Biotech., 2000, 3: 40-65 ( ) DOI: 10.2225/vol3-issue1-fulltext-4
  • Hallmann J., Quadt-Hallmann A., Mahaffee W.F., Kloepper J.W. Bacterial endophytes in agricultural crops. Can. J. Microbiol., 1997, 43: 895-914 ( ) DOI: 10.1139/m97-131
  • Hallmann J., Quadt-Hallmann A., Rodriguez-Kabana R., Kloepper J.W. Interactions between Meloidogyne incognita and endophytic bacteria in cotton and cucumber. Soil Biol. Biochem., 1998, 30: 925-937 ( ) DOI: 10.1016/S0038-0717(97)00183-1
  • Siciliano S., Fortin N., Himoc N., Siciliano S.D., Fortin N., Mihoc A., Wisse G., Labelle S., Beaumier D., Ouellette D., Roy R., Whyte L.G., Banks M.K., Schwab P., Lee K., Greer C.W. Selection of specific endophytic bacterial genotypes by plants in response to soil contamination. Appl. Environ. Microbiol., 2001, 67: 2469-2475 ( ) DOI: 10.1128/AEM.67.6.2469-2475.2001
  • Barac T., Taghavi S., Borremans B., Provoost A., Oeyen L., Colpaert J.V., Vangronsveld J., van der Lelie D. Engineered endophytic bacteria improve phytoremediation of water-soluble, volatile, organic pollutants. Nat. Biotechnol., 2004, 22: 583-588 ( ) DOI: 10.1038/nbt960
  • Germaine K.J., Keogh E., Garcia-Cabellos G., Borremans B., Lelie D., Barac T., Oeyen L., Vangronsveld J., Moore F.P., Moore E.P., Campbell C.D., Ryan D., Dowling D.N. Colonisation of poplar trees by gfp expressing bacterial endophytes. FEMS Microbiol. Ecol., 2004, 48: 109-118 ( ) DOI: 10.1016/j.femsec.2003.12.009
  • Germaine K., Liu X., Cabellos G., Hogan J., Ryan D., Dowling D.N. Bacterial endophyte-enhanced phytoremediation of the organochlorine herbicide 2,4-dichloro-phenoxyacetic acid. FEMS Microbiol. Ecol., 2006, 57: 302-310.
  • Porteous-Moore F., Barac T., Borremans B., Oeyen L., Vangronsveld J., van der Lelie D., Campbell D., Moore E.R.B. Endophytic bacterial diversity in poplar trees growing on a BTEX-contaminated site: the characterisation of isolates with potential to enhance phytoremediation. Sys. Appl. Microbiol., 2006, 29: 539-556.
  • Ryan R.P., Ryan D.J., Sun Y.C., Li F-M., Wang Y., Dowling D.N. An acquired efflux system is responsible for copper resistance in Xanthomonas strain IG-8 isolated from China. FEMS Microbiol. Lett., 2007, 268: 40-46 ( ) DOI: 10.1111/j.1574-6968.2006.00592.x
  • Posada F., Vega F.E. Establishment of the fungal entomopathogen Beauveria bassiana (Ascomycota:Hypocreales) as an endophyte in cocoa seedlings (Theobroma cacao). Mycologia, 2005, 97: 1195-1200 ( ) DOI: 10.3852/mycologia.97.6.1195
  • Miche L., Balandreau J. Effects of rice seed surface sterilization with hypochlorite on inoculated Burkholderia vietnamiensis. Appl. Environ. Microbiol., 2001, 67: 3046-3052 ( ) DOI: 10.1128/AEM.67.7.3046-3052.2001
  • Lodewyckx C., Vangronsveld J., Porteous F., Moore E.R.B., Taghavi S., Mezgeay M., van der Lelie D. Endophytic bacteria and their potential applications. Crit. Rev. Plant Sci., 2002, 21: 583-606 ( ) DOI: 10.1080/0735-260291044377
  • Rosenblueth M., Martinez-Romero E. Bacterial endophytes and their interactions with hosts. Mol. Plant Microbe Interact., 2006, 19: 827-837 ( ) DOI: 10.1094/MPMI-19-0827
  • Berg G., Hallmann J. Control of plant pathogenic fungi with bacterial endophytes. In: Microbial root endophytes/B.J.E. Schulz, C.J.C. Boyle, T.N. Sieber (eds.). Springer-Verlag, Berlin, 2006.
  • Franks A., Ryan P.R., Abbas A., Mark G.L., O’Gara F. Molecular tools for studying plant growth-promoting rhizobacteria (PGPR): Molecular techniques for soil and rhizosphere microorganisms. CABI Publishing, Wallingford, Oxfordshire, UK, 2006.
  • Reiter B., Sessitsch A. Bacterial endophytes of the wildflower Crocus albiflorus analyzed by characterization of isolates and by a cultivation-independent approach. Can. J. Microbiol., 2006, 52: 140-149 ( ) DOI: 10.1139/w05-109
  • Ulrich K., Stauber T., Ewald D. Paenibacillus -a predominant endophytic bacterium colonising tissue cultures of woody plants. Plant Cell Tiss. Organ. Cult., 2008, 93: 347-351 ( ) DOI: 10.1007/s11240-008-9367-z
  • Sun L., Qiu F., Zhang X., Dai X., Dong X., Song W. Endophytic bacterial diversity in rice (Oryza sativa L.) roots estimated by 16S rDNA sequence analysis. Microb. Ecol., 2008, 55: 415-424 ( ) DOI: 10.1007/s00248-007-9287-1
  • Rai R., Prasanta K., Dash P.K., Prasanna B.M., Singh A. Endophytic bacterial flora in the stem tissue of a tropical maize (Zea mays L.) genotype: isolation, identification and enumeration. World J. Microbiol. Biotechnol., 2007, 23: 853-858 ( ) DOI: 10.1007/s11274-006-9309-z
  • Zinniel D.K., Lambrecht P., Harris N.B., Feng Z, Kuczmarski D., Higley P., Ishimaru C.A., Arunakumari A., Raul B.G., Vidaver A.K. Isolation and characterization of endophytic colonizing bacteria from agronomic crops and prairie plants. Appl. Environ. Microbiol., 2002, 68(5): 2198-2208 ( ) DOI: 10.1128/AEM.68.5.2198-2208.2002
  • Larrainzar E., O’Gara F., Morrissey J.P. Applications of autofluorescent proteins for in situ studies in microbial ecology. Ann. Rev. Microbiol., 2005, 59: 257-277 ( ) DOI: 10.1146/annurev.micro.59.030804.121350
  • Gage D.J., Bobo T., Long S.R. Use of green fluorescent protein to visualize early events of symbiosis between Rhizobium meliloti and alfalfa (Medicago sativa). J. Bacteriol., 1996, 178: 7159-7166.
  • Tombolini R., Unge A., Davey M.E., de Bruijn F.J., Jansson J.K. Flow cytometric and microscopic analysis of GFP-tagged Pseudomonas fluorescens bacteria. FEMS Microbiol. Ecol., 1997, 22: 17-28 ( ) DOI: 10.1111/j.1574-6941.1997.tb00352.x
  • Tombolini R., Jansson J.K. Monitoring of GFP-tagged bacterial cells. In: Methods in molecular biology: bioluminescence methods and protocols/R.A. LaRossa (ed.). Totowa, NJ, 1998: 285-298.
  • Villacieros M., Power B., Sanchez-Contreras M., Lloret J., Oruezabal R.I., Martin M., Fernandez-Pinas F., Bonilla I., Whelan C., Dowling D.N., Rivilla R. Colonization behaviour of Pseudomonas fluorescens and Sinorhizobium meliloti in the alfalfa (Medicago sativa) rhizosphere. Plant Soil, 2003, 251: 47-54 ( ) DOI: 10.1023/A:1022943708794
  • James E.K., Gyaneshwar P., Mathan N., Barraquio W.L., Reddy P.M., Iannetta P.P., Olivares F.L., Ladha J.K. Infection and colonization of rice seedlings by the plant growth-promoting bacterium Herbaspirillum seropedicae Z67. Mol. Plant Microbe Interact., 2002, 15: 894-906 ( ) DOI: 10.1094/MPMI.2002.15.9.894
  • Miche L., Battistoni F., Gemmer S., Belghazi M., Reinhold-Hurek B. Up regulation of jasmonate-inducible defense proteins and differential colonization of roots of Oryza sativacultivars with the endophyte Azoarcus sp. Mol. Plant. Microbe Interact., 2006, 1: 502-511 ( ) DOI: 10.1094/MPMI-19-0502
  • Verma S.C., Ladha J.K., Tripathi A.K. Evaluation of plant growth promoting and colonization ability of endophytic diazotrophs from deep water rice. J. Biotechnol., 2001, 91: 127-141 ( ) DOI: 10.1016/S0168-1656(01)00333-9
  • Wakelin S., Warren R., Harvey P., Ryder M. Phosphate solubilization by Penicillium spp. closely associated with wheat roots. Bio. Fert. Soils, 2004, 40: 36-43 ( ) DOI: 10.1007/s00374-004-0750-6
  • Lee S., Flores-Encarnacion M., Contreras-Zentella M., Garcia-Flores L., Escamilla J.E., Kennedy C. Indole-3-acetic acid biosynthesis is deficient in Gluconacetobacter diazotrophicus strains with mutations in cytochrome C biogenesis genes. J. Bacteriol., 2004, 186: 5384-5391 ( ) DOI: 10.1128/JB.186.16.5384-5391.2004
  • Costa J.M., Loper J.E. Characterization of siderophore production by the biological-control agent Enterobacter cloacae. Mol. Plant Microbe Interact., 1994, 7: 440-448.
  • Pirttila A., Joensuu P., Pospiech H., Jalonen J., Hohtola A. Bud endophytes of Scots pine produce adenine derivatives and other compounds that affect morphology and mitigate browning of callus cultures. Physiol. Plant, 2004, 121: 305-312 ( ) DOI: 10.1111/j.0031-9317.2004.00330.x
  • Compant S., Duffy B., Nowak J., Clement C., Barka E.A. Use of plant growth-promoting bacteria for biocontrol of plant diseases: principles, mechanisms of action, and future prospects. Appl. Environ. Microbiol., 2005, 71: 4951-4959 ( ) DOI: 10.1128/AEM.71.9.4951-4959.2005
  • Compant S., Reiter B., Sessitsch A., Nowak J., Clement C., Barka E.A. Endophytic colonization of Vitis vinifera L. by a plant growth-promoting bacterium, Burkholderia sp. strain PsJN. Appl. Environ. Microbiol., 2005, 71: 1685-1693 ( ) DOI: 10.1128/AEM.71.4.1685-1693.2005
  • Gray E.J., Smith D.L. Intracellular and extracellular PGPR: commonalities and distinctions in the plant-bacterium signalling processes. Soil Biol. Biochem., 2005, 37: 395-412 ( ) DOI: 10.1016/j.soilbio.2004.08.030
  • Kerry B.R. Rhizosphere interactions and the exploitation of microbial agents for the biological control of plant-parasitic nematodes. Ann. Rev. Phytopathol., 2000, 38: 423-441 ( ) DOI: 10.1146/annurev.phyto.38.1.423
  • Sturz A.V., Christie B.R., Nowak J. Bacterial endophytes: potential role in developing sustainable systems of crop production. Crit. Rev. Plant Sci., 2000, 19: 1-30 ( ) DOI: 10.1080/07352680091139169
  • Ping L., Boland W. Signals from the underground: bacterial volatiles promote growth in Arabidopsis. Trends Plant Sci., 2004, 9: 263-266 ( ) DOI: 10.1016/j.tplants.2004.04.008
  • Kloepper J.W., Ryu C.-M. Bacterial endophytes as elicitors of induced systemic resistance. In: Microbial root endophytes/B.J.E. Schulz, C.J.C. Boyle, T.N. Sieber (eds.). Springer-Verlag, Berlin, 2006.
Еще
Статья научная
QR-код для установки приложения SciUp Наведите камеру и скачайте бесплатное приложение SciUp