بررسی بیان ژن eps E و نقش اگزوپلی‌ساکارید باکتری Bacillus amyloliquefaciens در کنترل بیماری پاخوره گندم

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

گروه گیاه‏پزشکی، پردیس کشاورزی و منابع طبیعی دانشگاه تهران، کرج، ایران

چکیده

باکتری­های محرک رشد گیاهی پلی­ساکاریدهای خارج سلولی به نام اگزوپلی ساکارید تولید می­کنند که به صورت لایه کپسولی یا لعاب مانند اطراف باکتری احاطه، به زنده‌مانی و حفاظت از آن در تنش­های زنده و غیرزنده محیطی در منطقه ریزوسفر کمک می­نماید، که در این میان، Bacillus amyloliquefaciens از نظر تولید انواع پلیمرها و ترکیبات ضدمیکروبی، از قبل مطرح بوده است. یکی از مهم­ترین بیماری­های گندم پاخوره می­باشدکه بر اثر قارچ var. tritici  Gaeumannomyces graminis ایجاد می­شود. کنترل بیولوژیک این بیماری به توانایی کلنیزاسیون جمعیت باکتری­ در شرایط تنش­های ریزوسفر بستگی دارد. در این تحقیق یکی از ژن­های مهم در تولید پلیمر اگزوپلی­ساکارید به نام ژن eps E در B. amyloliquefaciens ردیابی شد. به دنبال آن با بررسی بیان این ژن توسط تکنیک Real Time PCR نشان داده شد باکتری در تیمار مربوط به محیط کشت حاوی قندهای ساکارز و گلوکز در مقایسه با تیمار شاهد افزایش 60 برابری در بیان ژن eps E داشته است. به­منظور بررسی اثر بازدارندگی اگزوپلی ساکارید، آغشته­سازی بذر در حضور قارچ بیمارگر در قالب طرح کاملاً تصادفی در گلخانه­ مورد بررسی قرار گرفت. نتایج  نشان داد که بازدارندگی از رشد قارچ عامل بیماری بین گیاهانی که بذرشان با باکتری به همراه اگزوپلی‌ساکارید با مقدار بیشینه (محیط کشت حاوی قند ساکارز وگلوکز) و باکتری با مقدار کمینه اگزوپلی­ساکارید (محیط کشت Nutrient broth) تیمار شده بود، اختلاف معنی­داری وجود داشت. میزان بازدارندگی بیماری در تیمار رقم باران به ترتیب 88 و 64 درصد و رقم اوحدی 88 و 56 درصد به ترتیب مربوط به محیط کشت حاوی EPS با مقدار بیشینه و محیط کشت NB (با مقدار کمینه EPS) بوده است. هم­چنین، در بررسی­های آزمایشگاهی نشان داده شد که باکتری B. amyloliquefaciens با توانایی بالا در تولید EPS اثر کنترلی قابل توجهی علیه بیماری پاخوره در مقایسه با تیمار محیط کشت NB داشته است.

کلیدواژه‌ها


Abd El–Dai, I., Haggblom, P., Karlsson, M., Stenstrom, E. & Timmusk, S. 2015. Paenibacillus polymyxa A26 Sfp–type PPTase inactivation limits bacterial antagonism against Fusarium graminearum but not of F. culmorum. Frontiers in Plant Science, 1–8.
Ahmadzadeh, M. & Sharifi Tehrani, A. 2022. Biological control of plant diseases plant probiotic bacteria.  University of Tehran Press. pp. 73–77. (In Persian with English summary)
Amellal, N., Burtin, G., Bartoli, F. & Heulin, T. 1998. Colonization of wheat roots by an exopolysaccharides–producing Pantoea agglomerans strain and its effect on rhizosphere soil aggregation. Applied and Environmental Microbiology, 64: 3740–3747.
Argianas, A. 2015. Characterization of Exopolysaccharide (EPS) Produced by Bacillus subtilis Mutants. pp. 38–47. Master's Theses, Loyola University Chicago.
Arianpour, A.M., Sadravi. M. & Taghavi, S.M. 2015. Biological control of wheat take–all disease with native isolates of Pseudomonas fluorescens and Trichoderma harzianum from Fars province. Applied Research in Plant Protection, 5(1): 159–168. (In Persian with English summary).
Ashraf, M. & Akram, N.A. 2009. Improving salinity tolerance of plants through conventional breeding and genetic engineering: an analytical comparison. Biotechnolology, 27: 744–52.
Bagheri, F., Rohani. H., Felahati Rastegar, M. & Saberi Riseh, R.A. 2011. Investigation on phase variation phenomenon in Pseudomonads fluorescent and their effect on control of Gaeumannomyces graminis var. tritici causal agent of take–all disease. Iranian Journal Plant Protection Science, 42(2):199–208. (In Persian with English summary)
Bagheri, N., Ahmadzadeh, M., Ghasemi, S., Vahidinasab, M. & Ghoreshi, S.A. 2018. Bacillus amyloliquefaciens UTB96, an effective biocontrol and aflatoxin– degrading bacterium. Biocontrol in Plant Protection, 6(1):1–17. (In Persian with English summary)
Cook, R.J. 2003. Take–all of wheat. Physiological and Molecular Plant Pathology. 62:73−86.
Gutpa, P. & Diwan, B. 2017. Bacterial Exopolysaccharide mediated heavy metal removal: A Review on biosynthesis, mechanism and remediation strategies. Biotechnology Reports, 13:58–71.
Guttenplan, S.B., Blair, K.M. & Kearns, D.B. 2010. The EpsE flagellar clutch is bifunctional and synergizes with EPS biosynthesis to promote Bacillus subtilis biofilm formation. PLoS Genetics, 6(12):1–12.
Haggag, H. & Wafaa, M. 2014. Bacteria Polysaccharides Elicit Resistance of Wheat Against Some Biotic and Abiotic Stress.  Pharmaceutical Sciences Review and Research, 29(2): 292–298.
Hornby, D. 1998. Take–All of Cereals. A Regional Perspective. CAB International, Wallingford, UK.
Keshavarzi, S., Ahmadzadeh, M., Mirzaei, S., Behboud, K. & Bandehpour, M. 2018. Enhancing surfactant production in Bacillus subtilis UTB96 by fermentation optimization. Biocontrol in Plant Protection, 5(2):13–26. (In Persian with English summary)
Livak, K.J. & Schmittgen, T.D. 2001. Analysis of relative gene expression data using real–time quantitative PCR and the 2(–Delta Delta C (T)) method. Methods, 25: 402–408.
Malick, A. 2016. Exploring biodiversity for the produvtion of expolysaccharides from selected Bacillus species and characterization of their structural properties. The Thesis of the Post–Doctoral Studies. McGill University.
Manca, M.C., Lama, L., Improta, R., Esposito, E., Gambacorta, A. & Nicolaus, B. 1996. Chemical composition of two exopolysaccharides from Bacillus thermoantarcticus. Applied and Environmental Microbiology, 62: 3265–3269.
Marvasi, M., Visscher, P.T. & Martinez, L.C. 2010. Exopolymeric substances (EPS) from Bacillus subtilis: polymers and genes encoding their synthesis. FEMS Microbiology Letters, 313(1): 1–9.
Merikhi, P., Abbasi, S. & Sharifi, R. 2015. Biological control of wheat take–all, Gaeumannomyces graminis var. tritici by Bacillus isolated from wheat rhizosphere. Paper presented at the First Symposium on Agriculture, Environment and Food Security, Jiroft, Iran. (In Persian with English summary)
Mohammad Abadi, M.G., Khodakaramian, G. & Zafari, D. 2020. The role of wheat endophytic bacteria in the induction of resistance against Gaeumannomyces graminis var. tritici under greenhouse conditions. Biocontrol in Plant Protection, 7(2): 63–76. (In Persian with English summary)
Mohammadi Kohnehshahri, S., Abbasi, S., Sheikholeslami, M., Bahraminejad, S. & Safaei, D. 2019. Evaluation of resistance of some wheat cultivars to the take–all disease. Iranian Journal of Plant Protection Science, 50(1): 75–85. (In Persian with English summary)
Saechow. S. Thammasittirong. A. Kittakoop. P. Prachya. S. & Na–Ranong Thammasittirong. S. 2018. Antagonistic Activity against Dirty Panicle Rice Fungal Pathogens and Plant Growth–Promoting Activity of Bacillus amyloliquefaciens BAS23. Journal of Microbiology and Biotechnology. 28(9): 1527–1535.
Salehizadeh, H. & Shojaosadati, S. 2003. Removal of metalions from aqueous solution by polysaccharide produced from Bacillus firmus. Water Reseasrch, 37: 4231–4235.
Sirajunnisa, A.R., Vijayagopal, V. & Viruthagiri, T. 2013. Medium optimization for the production of exopolysaccharide by Bacillus subtilis using synthetic sources and agro wastes. Turkish Journal of Biology, 37: 280–288.
Smiley, R.W. & Yan, H. 2009. Variability of Fusarium crown rot tolerances among cultivars and lines of spring and winter wheat. Plant Disease, 93: 945–961.
Sultan, S. Mubashar, K. & Faisal, M. 2012. Uptake of toxic Cr (VI) by biomass of exo–polysaccharides producing bacterial strains. African Journal of Microbiology Research, 6: 3329–3336.
Tewari, S. & Arora, N.K. 2014. Multi–functional exopolysaccharides from Pseudomonas aeruginosa PF23 involved in plant growth stimulation, biocontrol and stress amelioration in sunflower under saline conditions. Current Microbiology, 69: 484–494.
Vahidinasab, M., Ahmadzadeh, M., Henkel, M., Hausmann, R. & Heravia, K.M. 2019.  Bacillus velezensis UTB96 Is an Antifungal Soil Isolate with a Reduced Genome Size Compared to That of Bacillus velezensis FZB42. Microbiology Resource Announcements, 8(38): e00667–19.  
Weimin, G., Weiwen, Z. & Deirdre, R. M. 2011. RT–qPCR based quantitative analysis of gene expression in single bacterial cells. Journal of Microbiological Methods, 85: 221–227.
Witzenberger, A., Hack, H. & Van den Boom, T. 1989. Erlauterungen zum BBCH–Dezimal–Code fur die Entwicklungsstadien des Getreides –mit Abbildungen. Gesunde Pflanzen, 41: 384–388 (In German)
Yang, L., Han, X., Zhang, F., Goodwin, P.H., Yang, Y., Li., J. & et al. 2018. ScreeningBacillus species as biological control agents of Gaeumannomyces graminis var. tritici on wheat. Biology Control, 118: 1–9.
Zalila–Kolsi, I., Afif  Ben, M., Hacina, A., Sellami, S., Zina, N., Tounsi, S. & Kais, J. 2016. Antagonist effects of Bacillus spp. strains against Fusarium graminearum for protection of durum wheat (Triticum turgidum L. subsp. durum). Microbiological Research, 192: 148–158.