Український антарктичний журнал

Том 22 № 2(29) (2024): Український антарктичний журнал
Articles

Потенціал антарктичних ендофітних бактерій як агентів біоконтролю

PDF (English)
  • Ольга Юнгін,
  • Євгенія Прекрасна-Квятковська,
  • Олександр Калініченко,
  • Ярослав Савчук,
  • Марина Сидоренко,
  • Сауліус Міцкевічюс
Ольга Юнгін
Київський національний університет технологій та дизайну, 01011, м. Київ, Україна; Факультет природничих наук, університет Вітовта Великого, м. Каунас, 44248, Литва
Євгенія Прекрасна-Квятковська
Державна установа Національний антарктичний науковий центр МОН України, м. Київ, 01601, Україна
Олександр Калініченко
Київський національний університет технологій та дизайну, 01011, м. Київ, Україна
Ярослав Савчук
Інститут мікробіології і вірусології ім. Д. К. Заболотного НАН України, м. Київ, 03143, Україна
Марина Сидоренко
Факультет природничих наук, університет Вітовта Великого, м. Каунас, 44248, Литва
Сауліус Міцкевічюс
Факультет природничих наук, університет Вітовта Великого, м. Каунас, 44248, Литва
DOI: https://doi.org/10.33275/1727-7485.2.2024.738
Опубліковано December 31, 2024
Ключові слова
  • Антарктичний регіон,
  • антифунгальна активність,
  • рослинно-мікробні взаємодії
Як цитувати
Юнгін, О., Прекрасна-Квятковська, Є., Калініченко, О., Савчук, Я., Сидоренко, М., & Міцкевічюс , С. (2024). Потенціал антарктичних ендофітних бактерій як агентів біоконтролю. Український антарктичний журнал, 22(2(29), 219-228. https://doi.org/10.33275/1727-7485.2.2024.738

Авторське право (c) 2024 Український антарктичний журнал

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.

Анотація

Антарктичні ендофітні бактерії, що асоційовані з судинними рослинами та адаптовані до суворих умов навколишнього середовища, мають унікальні метаболічні властивості, що можуть впливати на взаємодію рослин і мікроорганізмів. У цьому дослідженні ми вивчили вплив 15 бактеріальних штамів, що стимулюють ріст рослин, ізольованих з єдиних аборигенних видів судинних рослин Антарктичного регіону – Deschampsia antarctica і Colobanthus quitensis – на ріст фітопатогенних грибів. Також було показано, що досліджувані бактерії здатні синтезувати біосурфактанти, аміак та гормоноподібні сполуки класу ауксинів, які визначають як ріст-стимулювальні сполуки для рослин. Крім того, досліджувані штами демонструють значний приріст біомаси за широкого діапазону температур, що може свідчити про їх взаємодії не лише з рослинами-господарями, а й з вищими теплокровними організмами. Хоча зазначені ендофітні бактерії виявили значну антифунгальну активність проти штамів мікроміцетів, що мають сільськогосподарське значення, ми також спостерігали стимуляцію росту грибів певними штамами з досліджуваних бактерій, тобто профунгальну активність. Така подвійна роль ендофітів підкреслює складний і контекстозалежний характер взаємодії рослин і мікроорганізмів, особливо в умовах Антарктичного регіону. Наші результати свідчать про те, що вплив ендофітів на макроорганізм рослини може бути багатогранним. Окрім того, що бактерії-ендофіти можуть безпосередньо пригнічувати патогенні мікроміцети, вони також можуть опосередковано впливати на мікробіом рослин, що потенційно призводить як до позитивних, так і негативних наслідків. Подальші дослідження необхідні для з’ясування механізмів, що лежать в основі цих складних взаємодій, та для використання потенціалу антарктичних бактерій-ендофітів для сталого сільського господарства.

PDF (English)

Посилання

  1. Abdelwahed, S., Trabelsi, E., Saadouli, I., Kouidhi, S., Masmoudi, A. S., Cherif, A., Mnif, W., & Mosbah, A. (2022). A new pioneer colorimetric micro-plate method for the estimation of ammonia production by plant growth promoting rhizobacteria (PGPR). Main Group Chemistry, 21(1), 55–68. https://doi.org/10.3233/MGC-210077
  2. Aggeli, F., Ziogas, I., Gkizi, D., Fragkogeorgi, G. A., & Tjamos, S. E. (2020). Novel biocontrol agents against Rhizoctonia solani and Sclerotinia sclerotiorum in lettuce. BioControl, 65, 763–773. https://doi.org/10.1007/s10526-020-10043-w
  3. Ahsan, N., & Shimizu, M. (2021). Lysinibacillus species: their potential as effective bioremediation, biostimulant, and biocontrol agents. Reviews in Agricultural Science, 9, 103–116. https://doi.org/10.7831/ras.9.0_103
  4. Alves, I. M. S., Gonçalves, V. N., Oliveira, F. S., Schaefer, C. E. G. R., Rosa, C. A., & Rosa, L. H. (2019). The diversity, distribution, and pathogenic potential of cultivable fungi present in rocks from the South Shetlands archipelago, Maritime Antarctica. Extremophiles, 23, 327–336. https://doi.org/10.1007/s00792-019-01086-8
  5. Bauer, J. S., Hauck, N., Christof, L., Mehnaz, S., Gust, B., & Gross, H. (2016). The systematic investigation of the quorum sensing system of the biocontrol strain Pseudomonas chlororaphis subsp. aurantiaca PBSt2 unveils aurl to be a biosynthetic origin for 3-oxohomoserine lactones. Plos One, 11, e0167002. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0167002
  6. Barra, P. J., Inostroza, N. G., Acuña, J. J., Mora, M. L., Crowley, D. E., & Jorquera, M. A. (2016). Formulation of bacterial consortia from avocado (Persea americana Mill.) and their effect on growth, biomass and superoxide dismutase activity of wheat seedlings under salt stress. Applied Soil Ecology, 102, 80–91. https://doi.org/10.1016/j.apsoil.2016.02.014
  7. Chadha, N., Mishra, M., Prasad, R., & Varma, A. (2014). Root Endophytic Fungi: Research Update. Journal of Biology and Life Science, 5(2), 135–158. https://doi.org/10.5296/jbls.v5i2.5960
  8. Deshmukh, S. K., Gupta, M. K., Prakash, V., & Saxena, S. (2018). Endophytic fungi: A source of potential antifungal compounds. Journal of Fungi, 4(3), 77. https://doi.org/10.3390/jof4030077
  9. Duhan, P., Bansal, P., & Rani, S. (2020). Isolation, identification and characterization of endophytic bacteria from medicinal plant Tinospora cordifolia. South African Journal of Botany, 134, 43–49. https://doi.org/10.1016/j.sajb.2020.01.047
  10. Elkahoui, S., Djébali, N., Tabbene, O., Hadjbrahim, A., Mnasri, B., Mhamdi, R., Shaaban, M., & Limam, F. (2012). Evaluation of antifungal activity from Bacillus strains against Rhizoctonia solani. African Journal of Biotechnology,11(18), 4196–4201. https://doi.org/10.5897/AJB11.3354
  11. Fadiji, A. E., & Babalola, O. O. (2020). Elucidating mechanisms of endophytes used in plant protection and other bioactivities with multifunctional prospects. Frontiers in Bioengineering and Biotechnology, 8, 467. https://doi.org/10.3389/fbioe.2020.00467
  12. Glandorf, D. C. M., Verheggen, P., Jansen, T., Jorritsma, J. W., Smit, E., Leeflang, P., Wernars, K., Thomashow, L. S., Laureijs, E., Thomas-Oates, J. E., Bakker, P. A. H. M., & van Loon, L. C. (2001). Effect of genetically modified Pseudomonas putida WCS358r on the fungal rhizosphere microflora of field-grown wheat. Applied and environmental microbiology, 67(8), 3371–3378. https://doi.org/10.1128/aem.67.8.3371-3378.2001
  13. Iungin, O., Prekrasna-Kviatkovska, Y., Kalinichenko, O., Moshynets, O., Potters, G., Sidorenko, M., Savchuk, Y., & Mickevičius, S. (2024). Endophytic bacterial biofilm-formers associated with Antarctic vascular plants. Microorganisms, 12(10), 1938. https://doi.org/10.3390/microorganisms12101938
  14. Kushwaha, P., Kashyap, P. L., Srivastava, A. K., & Tiwari, R. K. (2020). Plant growth promoting and antifungal activity in endophytic Bacillus strains from pearl millet (Pennisetum glaucum). Brazilian Journal of Microbiology, 51, 229–241. https://doi.org/10.1007/s42770-019-00172-5
  15. Lodewyckx, C., Vangronsveld, J., Porteous, F., Moore, E. R. B., Taghavi, S., Mezgeay, M., & van der Lelie, D. (2002). Endophytic bacteria and their potential applications. Critical reviews in plant sciences, 21(6), 583–606. https://doi.org/10.1080/0735-260291044377
  16. Lotfalinezhad, E., Taheri, A., Razavi, S. E., & Sanei, S. J. (2024). Preparation and assessment of alginate-microencapsulated Trichoderma harzianum for controlling Sclerotinia sclerotiorum and Rhizoctonia solani on tomato. International Journal of Biological Macromolecules, 259, 2, 129278. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2024.129278
  17. Mamarasulov, B., Davranov, K., Umruzaqov, A., Ercisli, S., Alharbi, S. A., Ansari, M. J., Krivosudská, E., Datta, R., & Jabborova, D. (2023). Evaluation of the antimicrobial and antifungal activity of endophytic bacterial crude extracts from medicinal plant Ajuga turkestanica (Rgl.) Brig (Lamiaceae). Journal of King Saud University-Science, 35(4), 102644. https://doi.org/10.1016/j.jksus.2023.102644
  18. Meliah, S., Sulistiyani, T. R., Lisdiyanti, P., Kanti, A., Sudiana, I. M., & Kobayashi, M. (2021). Antifungal activity of endophytic bacteria associated with sweet sorghum (Sorghum bicolor). Journal of Mathematical & Fundamental Sciences, 53(1). https://doi.org/10.5614/j.math.fund.sci.2021.53.1.2
  19. Meng, X.-J., Medison, R. G., Cao, S., Wang, L.-Q., Cheng, S., Tan, L.-T., Sun, Z.-X., & Zhou, Y. (2023). Isolation, identification, and biocontrol mechanisms of endophytic Burkholderia vietnamiensis C12 from Ficus tikoua Bur against Rhizoctonia solani. Biological Control, 178, 105132. https://doi.org/10.1016/j.biocontrol.2022.105132
  20. Mengistu, A. A. (2020). Endophytes: colonization, behaviour, and their role in defense mechanism. International Journal of Microbiology, 2020(1), 6927219. https://doi.org/10.1155/2020/6927219
  21. Midhun, S. J., & Jyothis, M. (2021). Pharmacological applications of bioactive secondary metabolites from endophytes. In R. H. Patil, & V. L. Maheshwari (Eds.), Endophytes (pp. 71–89). Springer, Singapore. https://doi.org/10.1007/978-981-15-9371-0_5
  22. Muñoz Torres, P., Cárdenas, S., Arismendi Macuer, M., Huanacuni, N., Huanca-Mamani, W., Cifuentes, D., & Sepúlveda Chavera, G. F. (2021). The endophytic Pseudomonas sp. S57 for plant-growth promotion and the biocontrol of phytopathogenic fungi and nematodes. Plants, 10(8), 1531. https://doi.org/10.3390/plants10081531
  23. Piłsyk, S., Perlińska-Lenart, U., Janik, A., Skalmowska, P., Znój, A., Gawor, J., Grzesiak, J., & Kruszewska, J. S. (2024). Native and alien Antarctic grasses as a habitat for fungi. International Journal of Molecular Sciences, 25(15), 8475. https://doi.org/10.3390/ijms25158475
  24. Rosa, L. H., da Costa Coelho, L., Pinto, O. H. B., Carvalho-Silva, M., Convey, P., Rosa, C. A., & Câmara, P. E. A. S. (2021). Ecological succession of fungal and bacterial communities in Antarctic mosses affected by a fairy ring disease. Extremophiles, 25, 471–481. https://doi.org/10.1007/s00792-021-01240-1
  25. Rong, S., Xu, H., Li, L., Chen, R., Gao, X., & Xu, Z. (2020). Antifungal activity of endophytic Bacillus safensis B21 and its potential application as a biopesticide to control rice blast. Pesticide Biochemistry and Physiology, 162, 69–77. https://doi.org/10.1016/j.pestbp.2019.09.003
  26. Santoyo, G., Moreno-Hagelsieb, G., del Carmen Orozco-Mosqueda, M., & Glick, B. R. (2016). Plant growth-promoting bacterial endophytes. Microbiological research, 183, 92–99. https://doi.org/10.1016/j.micres.2015.11.008
  27. Shahzad, R., Khan, A. L., Bilal, S., Asaf, S., & Lee, I.-J. (2017). Plant growth-promoting endophytic bacteria versus pathogenic infections: an example of Bacillus amyloliquefaciens RWL-1 and Fusarium oxysporum f. sp. lycopersici in tomato. PeerJ, 5, e3107. https://doi.org/10.7717/peerj.3107
  28. Soltani Nejad, M., Bonjar, G. H. S., Khatami, M., Amini, A., & Aghighi, S. (2017). In vitro and in vivo antifungal properties of silver nanoparticles against Rhizoctonia solani, a common agent of rice sheath blight disease. IET Nanobiotechnology, 11(3), 236–240. https://doi.org/10.1049/iet-nbt.2015.0121
  29. Sokołowski, W., Marek-Kozaczuk, M., Sosnowski, P., Sajnaga, E., Jach, M. E., & Karaś, M. A. (2024). Profiling metabolites with antifungal activities from endophytic plant-beneficial strains of Pseudomonas chlororaphis isolated from Chamaecytisus albus (Hack.) Rothm. Molecules, 29(18), 4370. https://doi.org/10.3390/molecules29
  31. Styczynski, M., Biegniewski, G., Decewicz, P., Rewerski, B., Debiec-Andrzejewska, K., & Dziewit, L. (2022). Application of psychrotolerant Antarctic bacteria and their metabolites as efficient plant growth promoting agents. Frontiers in Bioengineering and Biotechnology, 10, 772891. https://doi.org/10.3389/fbioe.2022.772891
  32. Thavasi, R., Sharma, S., & Jayalakshmi, S. (2011). Evaluation of screening methods for the isolation of biosurfactant producing marine bacteria. Journal of Petroleum and Environmental Biotechnology S1, 1(2), 001. http://dx.doi.org/10.4172/2157-7463.S1-001
  33. Wu, T. L., Zhang, B. Q., Luo, X. F., Li, A. P., Zhang, S. Y., An, J. X., Zhang, Z. J., & Liu, Y. Q. (2023). Antifungal efficacy of sixty essential oils and mechanism of oregano essential oil against Rhizoctonia solani. Industrial Crops and Products, 191, A, 115975. https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2022.115975
  34. Zhang, J., Zhu, Y., Si, J., & Wu, L. (2022). Metabolites of medicine food homology-derived endophytic fungi and their activities. Current Research in Food Science, 5, 1882–1896. https://doi.org/10.1016/j.crfs.2022.10.006
  35. Znój, A., Grzesiak, J., Gawor, J., Gromadka, R., & Chwedorzewska, K. J. (2022). Highly specialized bacterial communities within three distinct rhizocompartments of Antarctic hairgrass (Deschampsia antarctica Desv.). Polar Biology, 45, 833–844. https://doi.org/10.1007/s00300-022-03027-2