Мікробно-рослинні взаємодії між Streptomyces і модельними сільськогосподарськими рослинами – Hordeum vulgare і Lycopersicon esculentum (Microtom)

  • Г. В. Мутенко
  • Б. О. Осташ
  • М. Ротболер
  • А. Вайс
  • М. Шмід
  • А. Гартман
  • В. О. Федоренко
DOI: https://doi.org/10.7124/FEEO.v25.1154

Анотація

Мета. Мікробно-рослинні взаємодії (МРВ) – важливий екологічний аспект, унаслідок їхнього суттєвого впливу на здатність рослин протистояти абіотичну стресу та інфекції. Порівняно з протеобактеріями і бацилами, роль стрептоміцетів у МРВ залишається слабо вивченою. У цій роботі ми висвітлили деякі аспекти взаємодії двох модельних видів рослин, Hordeum vulgare і Lycopersicon esculentum, та кількох штамів Streptomyces lividans 1326 і S. ghanaensis ATCC14672. Meтоди. Було поєднано мікробіологічні, мікроскопічні та молекулярно-генетичні підходи для виявлення МРВ. Результати. Показано колонізацію коренів H. vulgare і L. esculentum штамами S. ghanaensis – дикого типу та мутантів з пошкодженою продукцією моеноміцину або сигнальної сполуки γ-бутиролактонного типу. Обробка насіння H. vulgare суспензією спор S. lividans викликала зростання біомаси кореня. Рослини, оброблені 1,4-бутиролактоном, не відрізнялися за морфометричними показниками від контролю. Однак, у мілімолярних концентраціях ця сполука пригнічувала ріст коренів і пагонів L. esculentum. Висновки. Корені одно- та дводольних рослин колонізуються бактеріями роду Streptomyces; репортерний ген uidA корисний для моніторингу стрептоміцета на рослині. За використаних умов здатність до колонізації рослин стрептоміцетами не залежала від продукції останніми антибіотиків чи бутеноліду.

Ключові слова: Streptomyces ghanaensis, моеноміцин A, низькомолекулярні сигнальні молекули, колонізація кореня.

Посилання

McCormick J., Flardh K. Signals and regulators that govern Streptomyces development. FEMS Microbiol. Rev. 2012. Vol. 36. P. 206–231. doi: 10.1111/j.1574-6976.2011.00317.x.

Schrey S., Tarkka M. Friends and foes: streptomycetes as modulators of plant disease and symbiosis. Antonie van Leeuw. 2008. Vol. 94. P. 11–19. doi: 10.1007/s10482-008-9241-3.

Kanini G., Katsifas E., Savvides A., Karagouni A. Streptomyces rochei ACTA1551, an indigenous Greek isolate studied as a potential biocontrol agent against Fusarium oxysporum f. sp. lycopersici. BioMed Res. Int. 2013. Vol. 3. P. 1–10. doi: 10.1155/2013/387230.

Li X., Huang P., Wang Q., Xiao L. Staurosporine from the endophytic Streptomyces sp. strain CNS-42 acts as a potential biocontrol agent and growth elicitor in cucumber. Antonie van Leeuw. 2014. Vol. 106. P. 515–525. doi: 10.1007/s10482-014-0220-6.

Kim J., Han J., Lee S., Lee D., Hwang I., Kim B. Disease control effect of strevertenes produced by Streptomyces psammoticus against tomato Fusarium wilt. J Agric Food Chem. 2011. Vol. 59. P. 1893–1899. doi: 10.1021/jf1038585.

Cao P., Liu C., Sun P., Fu X., Wang S., Wu F., Wang X. An endophytic Streptomyces sp. strain DHV3-2 from diseased root as a potential biocontrol agent against Verticillium dahliae and growth elicitor in tomato (Solanum lycopersicum). Antonie van Leeuw. 2016. Vol. 109. P. 1573–1582. doi: 10.1007/s10482-016-0758-6.

Yekkour A., Sabaou N., Zitouni A., Erakhi R., Mathieu F., Lebrihi A. Characterization and antagonistic properties of Strepto-myces strains isolated from Saharan soils, and evaluation of their ability to control seedling blight of barley caused by Fusa-rium culmorum. Lett. Appl. Microbiol. 2012. Vol. 55. P. 427–435. doi: 10.1111/j.1472-765x.2012.03312.x.

Meshke H., Schrempf H. Streptomyces lividans inhibits the proliferation of the fungus Verticillium dahliae on seeds and roots of Arabidopsis thaliana. Microb. Biotechnol. 2010. Vol. 3. P. 428–443. doi: 10.1111/j.1751-7915.2010.00165.x.

Meij A., Willemse J., Schneijderberg M., Geurts R., Raaijmakers J., Wezel G. Inter-and intracellular colonization of Arabidop-sis roots by endo phytic actinobacteria and the impact of plant hormones on their antimicrobial activity. Antonie van Leeuw. 2018. Vol. 111. P. 679–690. doi: 10.1007/s10482-018-1014-z.

Schuhegger R., Ihring A., Gantner S., Bahnweg G. Induction of systemic resistance in tomato by N-acyl-L-homoserine lac-tone-producing rhizosphere bacteria. Plants Cell and Env. 2006. Vol. 29. P. 909–918. doi: 10.1111/j.1365-3040.2005.01471.x.

Willey J., Gaskell A. Morphogenetic signaling molecules of the Streptomycetes. Chem. Rev. 2011. Vol. 111. P. 174–187. doi: 10.1021/cr1000404.

Kitani S., Miyamoto K., Takamatsu S., Herawati E., Iguchi H., Nishitomi K., Uchida M., Nagamitsu T. Avenolide, a Strepto-myces hormone controlling antibiotic production in Streptomyces avermitilis. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2011. Vol. 108. P. 16410–16415. doi: 10.1073/pnas.1113908108.

Ostash B., Saghatelian A., Walker S. A streamlined metabolic pathway for the biosynthesis of moenomycin. Chem. Biol. 2007. Vol. 14. P. 257–267. doi: 10.101.6/j.chembiol.2007.01.008.

Myronovskyi M., Welle E., Fedorenko V., Luzhetskyy A. Beta-glucuronidase as a sensitive and versatile reporter in actinomy-cetes. Appl. Environ. Microbiol. 2011. Vol. 77. P. 5370–5383. doi: 10.1128/AEM.00434-11.

Makitrynskyy R., Ostash B., Tsypik O., Rebets Y., Doud E., Meredith T., Luzhetskyy A., Bechtold A., Walker S., Fedorenko V. Pleiotropic regulatory genes bldA, adpA and absB are implicated in production of phosphoglycolipid antibiotic moenomy-cin. Open Biol. 2013. Vol. 3. P. 130121. doi: 10.1098/rsob.130121.

Tan G., Bai L., Zhang J. Exogenous 1,4-butyrolactone stimulates A-factor-like cascade and validamycin biosynthesis in Strep-tomyces hygroscopicus 5008. Biotechnol. Bioeng. 2013. Vol. 110. P. 2984–2993. doi: 10.1002/bit.24965.

Rey T., Dumas B. Plenty is no plague: Streptomyces symbiosis with crops. Trends Plants Sci. 2017. Vol. 22. P. 30–37. doi: 10.1016/j.tplants.2016.10.008.

Schikora A., Schenk S., Stein E., Moliton A., Zuccaro A., Kogel K. N-acyl-homoserine lactone confers resistance toward biotrophic and hemibiotrophic pathogens via altered activation of AtMPK61. Plant Physiol. 2011. Vol. 157. P. 1407–1418. doi: 10.1104/pp.111.180604.