О ДРИМ-генотипировании возбудителей бактериозов картофеля, их антагонистов и бактерий-деструкторовдлярешения задач защиты растений и экологии
Автор: Терлецкий В.П., Лазарев А.М., Новикова И.И., Бойкова И.В., Зейрук В.Н.
Журнал: Сельскохозяйственная биология @agrobiology
Рубрика: Генетика и геномика
Статья в выпуске: 5 т.56, 2021 года.
Бесплатный доступ
Сохранение окружающей среды при интенсификации сельскохозяйственного и промышленного производства связывают с развитием экотехнологий, в том числе с биоконтролем патогенов растений и биоремедиацией. Микроорганизмы - продуценты биопрепаратов и деструкторы углеводородов характеризуются высокой спонтанной вариабельностью, что может приводить к изменению их активности, поэтому при стабилизирующем отборе необходимо периодически подтверждать их штаммовую принадлежность. Молекулярно-генетические методы исследований дают возможность идентифицировать возбудителей заболеваний c полной характеристикой их наследственного материала. В этой работе представлены данные о применении разработанного нами метода двойного расщепления и избирательного мечения (ДРИМ) для изучения генетических профилей бактерий-фитопатогенов родов Pseudomonas , Pectobacterium и их антагонистов Bacillus subtilis ( Bs ), подтверждена высокая биологическая эффективность двух отселектированных штаммов Bs (М-22 и И5-12/23) против бактериальных болезней картофеля при хранении клубней в производственных условиях. Также впервые выполнена генетическая идентификация (паспортизация) штаммов бактерий-деструкторов рода Pseudomonas , пригодных для решения природоохранных задач. Цель исследований заключалась в оценке генетического разнообразия бактерий нескольких родов для отбора наиболее эффективных штаммов-антагонистов и штаммов-деструкторов. Примененный нами метод генотипирования основан на использовании двух эндонуклеаз рестрикции для расщепления геномной ДНК бактерии. Присутствующая в реакционной смеси ДНК-полимераза (Taq) обеспечивает мечение фрагментов ДНК биотинилированным дезоксицитозинтрифосфатом (Bio-dCTP). Метка включается только в ДНК, имеющую 3¢-усеченные концы, которые образует первый ферментом. Вторая эндонуклеаза рестрикции дает только тупые концы фрагментов, которые не способны присоединять метку. В результате переноса на фильтр визуализируются 20-50 четко различимых фрагментов ДНК, число и распределение которых характерно для каждого бактериального штамма. Генотипирование двух близкородственных штаммов Pectobacterium atrosepticum позволяет распознать около 50 фрагментов ДНК, более 20 % которых специфичны для одного из сравниваемых штаммов. Мы использовали две пары эндонуклеаз рестрикции - XbaI/DraI и XbaI/Eco24I; полученные результаты указывают на одинаковую дискриминационную способность ферментов при сопоставлении штаммов P. atrosepticum Д822 и Г784 по генетическим профилям. При генотипировании бактерий рода Pseudomonas оптимальной была пара BcuI/Eco32I, для Bs первая рестриктаза - SgsI (39 сайтов расщепления), вторая (уменьшает размер получаемых фрагментов ДНК) - Eco32I. Методом ДРИМ получены генетические профили микроорганизмов родов Pectobacterium и Pseudomonas , характеризующие индивидуальность каждого штамма. Отмечены существенные генетические различия между видами Ps. fluorescens и Ps. marginalis . При этом выявлены идентичные фрагменты ДНК, что указывает на родовую филогенетическую близость этих видов. При искусственном заражении клубней установлена высокая антагонистическая активность Bs И5-12/23 в отношении штаммов P. atrosepticum и P. сarotovorum subsp. catovorum. Подтверждена высокая биологическая эффективность двух отселектированных штаммов Bs (М-22 и И5-12/23) против бактериальных болезней картофеля при хранении клубней. Штамм Bs И5-12/23 обладал более выраженной антагонистической активностью против возбудителей мягкой бактериальной и кольцевой гнилей, а также фузариоза. При хранении обработка штаммами-антагонистами снижала пораженность почти вдвое по сравнению с контролем (30,4-35,5 % здоровых клубней против 13,3 %). По результатам генотипирования биодеструкторов рода Pseudomonas сформирована коллекция штаммов, утилизирующих трудноокисляемые соединения, включая тяжелые фракции нефти и полиароматические углеводороды (бензопирен, хризен, фенантрен, антрацен, хризен, нафталин), что позволяет составлять ассоциации штаммов-деструкторов для утилизации конкретных загрязнителей. Таким образом, ДРИМ-генотипирование позволяет идентифицировать бактериальные штаммы для подтверждения их происхождения при разработке и применении биопрепаратов различного назначения.
Эндонуклеазы рестрикции, генотипирование, фитопатогены, микробы-антагонисты, биодеструкторы, pectobacterium, pseudomonas, bacillus subtilis, solanum tuberosum l., картофель
Короткий адрес: https://sciup.org/142231389
IDR: 142231389 | DOI: 10.15389/agrobiology.2021.5.910rus
Список литературы О ДРИМ-генотипировании возбудителей бактериозов картофеля, их антагонистов и бактерий-деструкторовдлярешения задач защиты растений и экологии
- Czajkowski R., Pérombelon M.C.M., Jafra S., E. Lojkowska E., M. Potrykus M., van der Wolf J.M., Sledz W. Detection, identification and differentiation of Pectobacterium and Dickeya species causing potato blackleg and tuber soft rot: a review. Annals of Applied Biology, 2015, 166(1): 18-38 (doi: 10.1111/aab.12166).
- Лазарев А.М. Ареал и зоны распространенности черной ножки картофеля Erwinia carotovora subsp. atroseptica (van Hall) Dye. Вестник защиты растений, 2012, 3: 70-72.
- Xiu J.-H., Ji G.-H., Wang M., Yang Y.-L., Li C.-Y. Molecular identification and genetic diversity in Konnyaku's soft rot bacteria. Acta Microbiologica Sinica, 2006, 46(4): 522-525.
- Nabhan S., Wydra K., Linde M., Debener T. The use of two complementary DNA assays, AFLP and MLSA, for epidemic and phylogenetic studies of pectolytic enterobacterial strains with focus on the heterogeneous species Pectobacterium carotovorum. Plant Pathology, 2012, 61(3): 498-508 (doi: 10.1111/j.1365-3059.2011.02546.x).
- Pritchard L., Humphris S., Saddler G.S., Parkinson N.M., Bertrand V., Elphinstone J.G., Toth I.K. Detection of phytopathogens of the genus Dickeya using a PCR primer prediction pipeline for draft bacterial genome sequences. Plant Pathology, 2013, 62(3): 587-596 (doi: 10.1111/j.1365-3059.2012.02678.x).
- Терлецкий В.П., Тыщенко В.И., Новикова И.И., Бойкова И.В., Тюлебаев С.Д., Шахтамиров И.Я. Эффективный метод генетической паспортизации штаммов Bacillus subtilis — перспективных продуцентов биопрепаратов. Микробиология, 2016, 85(1): 50-55 (doi: 10.7868/S0026365616010134).
- Terletskiy V., Kuhn G., Francioli P., Blanc D. Application and evaluation of double digest selective label (DDSL) typing technique for Pseudomonas aeruginosa hospital isolates. Journal of Microbiological Methods, 2008, 72: 283-287 (doi: 10.1016/j.mimet.2007.12.006).
- Terletski V., Schwarz S., Carnwath J., Niemann H. Typing of Salmonella enterica subsp. enterica serovars Choleraesuis, Typhimurium, Dublin and laboratory strains of Escherichia coli using subtracted restriction fingerprinting (SRF). Microbiological Research, 2003, 158(2): 135-142 (doi: 10.1078/0944-5013-00191).
- des Essarts Y.R. Cigna J., Quêtu-Laurent A., Caron A., Munier E., Beury-Cirou A., Helias V., Faurea D. Biocontrol of the potato blackleg and soft rot diseases caused by Dickeya dianthicola. Applied and Environment Microbiology, 2016, 82(1): 268-278 (doi: 10.1128/AEM.02525-15).
- Czajkowski R., Pérombelon M.C.M., van Veen J.A., van der Wolf J.M. Control of blackleg and tuber soft rot of potato caused by Pectobacterium and Dickeya species: a review. Plant Pathology, 2011, 60(6): 999-1013 (doi: 10.1111/j.1365-3059.2011.02470.x).
- Rahman M.M., Ali M.E., Khan A.A., Akanda A.M., Uddin M.K., Hashim U., Abd Hamid S.B. Isolation, characterization, and identification of biological control agent for potato soft rot in Bangladesh. The Scientific World Journal, 2012, 2012: 723293 (doi: 10.1100/2012/723293).
- Terletskii V.P., Lazarev A.M. On genotyping bacterial strains of the genera Pectobacterium and Pseudomonas: pathogens of bacterioses in potatoes. Cytology and Genetics, 2019, 53(3): 212-218 (doi: 10.3103/S0095452719030058).
- Luo S., Xu T., Chen L., Chen J., Rao C., Xiao X., Wan Y., Zeng G., Long F., Liu C., Liu Y. Endophyte-assisted promotion of biomass production and metal-uptake of еnergy crop sweet sorghum by plant-growth-promoting endophyte Bacillus sp. SLS18. Applied Microbiology and Biotechnology, 2012, 93: 1745-1753 (doi: 10.1007/s00253-011-3483-0
- Fürnkranz M., Lukesch B., Müller H., Huss H., Grube M., Berg G. Microbial diversity inside pumpkins: microhabitat-specific communities display a high antagonistic potential against phytopathogens. Microbial Ecology, 2012, 63(2): 418-428 (doi: 10.1007/s00248-011-9942-4).
- Makhlouf A.H., Abdeen R. Investigation on the effect of chemical and biological control of bacterial soft root disease of potato in storage. Journal of Biology, Agriculture and Healthcare, 2014, 4(10): 31-44.
