Bakteryjne endofity wybranych roślin uprawnych i chwastów – różnorodność biologiczna i ocena potencjału biotechnologicznego w promowaniu wzrostu i rozwoju roślin
Loading...
Date
2022
Authors
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Instytut Uprawy Nawożenia i Gleboznawstwa - Państwowy Instytut Badawczy w Puławach
Abstract
Wraz z globalną potrzebą zapewnienia bezpieczeństwa żywnościowego, zmianami klimatu i rosnącymi zanieczyszczeniami wynikającymi z masowego stosowania niebezpiecznych agrochemikaliów tj. pestycydów i nawozów, wzrosło zainteresowanie znalezieniem alternatywnych metod nawożenia i zwalczania szkodników upraw. W związku z tym wykorzystanie bakterii endofitycznych w rolnictwie okazuje się być obiecującym narzędziem w rozwoju zrównoważonego rolnictwa. Biologiczny potencjał endofitów bakteryjnych w promowaniu wzrostu roślin i łagodzeniu biotycznych i abiotycznych stresów oferuje ekonomiczny i przyjazny dla środowiska sposób zwiększania wzrostu roślin i wydajności upraw oraz utrzymania zdrowia gleby.
Celem rozprawy doktorskiej była identyfikacja i scharakteryzowanie rodzimych szczepów bakterii endofitycznych wyizolowanych z powierzchniowo sterylizowanych korzeni i łodyg lokalnych roślin uprawnych i chwastów, oraz określenie ich potencjału biostymulującego wzrost i rozwój roślin. Łącznie wyselekcjonowano 45 izolatów bakterii endofitycznych, które zidentyfikowano za pomocą analizy porównawczej sekwencji genu 16S rRNA i zróżnicowano wykorzystując metody fingerprintingu: PCR-DGGE, BOX-PCR i ERIC-PCR. Wyizolowane bakterie sklasyfikowano do rodzaju: Rhizobium, Delftia, Agrobacterium, Stenotrophomonas, Brevundimonas, Novosphingobium, Variovorax, Collimonas, Achromobacter i Comamonas. W oparciu o wybrane techniki molekularne, stwierdzono że genotyp rośliny istotnie wpływa na skład i zróżnicowanie bakterii endofitycznych. Po analizie podobieństwa nukleotydów in silico, do dalszych badań wybrano 23 szczepy bakterii. Wykorzystując System Biolog GEN III MicroPlate określono potencjał kataboliczny analizowanych szczepów w stosunku do wybranych substratów. Analiza pozwoliła na wytypowanie najaktywniejszych metabolicznie bakterii - Stenotrophomonas maltophilia, Novosphingobium resinovorum i Delftia acidovorans. Właściwości metaboliczne i fenotypowe endofitów bakteryjnych były ścisłe zależne od rodzaju bakterii i nie były skorelowane z gatunkiem rośliny żywicielskiej. Następnie wykonano szereg biochemicznych analiz mających na celu określenie potencjału biostymulującego wzrost i rozwój roślin. Wszystkie szczepy bakterii endofitycznych syntetyzowały związki podobne do kwasu indolilo 3-octowy (IAA), większość z nich (95%) to aktywne diazotrofy, 74% szczepów wykazało zdolność do produkcji sideroforów, a tylko u 13% szczepów zaobserwowano aktywność solubilizacji fosforanów. Przeprowadzone analizy pozwoliły na wyselekcjonowanie 23 szczepów bakterii endofitycznych posiadających liczne mechanizmy promowania wzrostu i rozwoju roślin. Ważnym aspektem przeprowadzonych badań było zidentyfikowanie stosunkowo wysokiej liczby bakterii, które posiadają szeroki zakres gospodarzy roślinnych (np. Delftia spp.). W związku z powyższym bakterie te mogą stanowić tzw. rdzeń bakterii endofitycznych w danym obszarze (rdzeń rodzimych bakterii) oraz mogą posiadać tzw. kompetencje endofityczne związane z efektywnością nawiązywania interakcji z roślinami. Połączenie analiz genetycznych i testów metabolicznych jest kluczowym elementem w selekcji najwłaściwszych szczepów jako skutecznych składników biopreparatów stymulujących wzrost i rozwój roślin w sposób zrównoważony dla środowiska. Scharakteryzowane w ramach przeprowadzonych badań szczepy bakterii endofitycznych wykazują potencjał do dalszych badań nad praktycznym zastosowaniem jako składników biopreparatów promujących wzrost roślin.
Description
Keywords
endofity, sekwencjonowanie genu 16S rRNA, różnorodność genetyczna, profil metaboliczny, właściwości promowania wzrostu i rozwoju roślin, zrównoważone rolnictwo, bioprodukty