| تعداد نشریات | 284 |
| تعداد نشریات سازمان | 82 |
| تعداد شماره‌ها | 3,074 |
| تعداد مقالات | 34,304 |
| تعداد مشاهده مقاله | 47,177,817 |
| تعداد دریافت فایل اصل مقاله | 78,085,835 |
تنوع فنوتیپی و ژنوتیپی گونه‌‌های باسیلوس درونرُست در ریشه درختان ممرز (.Carpinus betulus L) در استانهای مازندران و گلستان | ||
| تحقیقات جنگل و صنوبر ایران | ||
| مقاله 3، دوره 31، شماره 4 - شماره پیاپی 94، اسفند 1402، صفحه 277-291 اصل مقاله (405.98 K) | ||
| نوع مقاله: علمی- پژوهشی | ||
| شناسه دیجیتال (DOI): 10.22092/ijfpr.2023.363172.2114 | ||
| نویسندگان | ||
| سید محمد علوی1؛ حشمت اله رحیمیان* 2؛ سعید طریقی3؛ محسن مهرور3 | ||
| 1دانشجوی دکتری باکتری‌‌شناسی گیاهی، گروه گیاه‌پزشکی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران | ||
| 2نویسنده مسئول، استاد، گروه گیاه‌پزشکی، دانشکده علوم زراعی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری، ساری، ایران | ||
| 3دانشیار، گروه گیاه‌پزشکی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران | ||
| چکیده | ||
| سابقه و هدف: باکتری‌‌های درونرُست به‌ویژه گونه‌‌های باسیلوس (Bacillus spp.)، به‌دلیل ویژگیهای سودمند و ایمنی محیط‌زیستی به‌عنوان منبعی مهم برای افزایش رشد و مقاومت گیاهان در برابر تنش‌‌های زنده و غیرزنده استفاده می‌شوند. باتوجه‌به اینکه حفاظت از تنوع گیاهی و پایداری موجود در جنگلهای هیرکانی، اهمیت ویژه‌‌ای در مدیریت این بوم‌‌سازگان حیاتی شمال کشور دارد، شناسایی و تعیین ویژگیهای باکتری‌‌های مفید و ارزشمند با اثرات محافظت‌‌کنندگی در گیاهان این منطقه میتواند نقش مهمی در این زمینه داشته باشد. پژوهش پیش‌رو با هدف جداسازی، شناسایی و ارزیابی تنوع جدایههای باسیلوس درونرست در ریشه درختان ممرز (Carpinus betulus L.) در جنگلهای هیرکانی انجام شد. مواد و روش‌‌ها: جدایههای باسیلوس با روش نمونه‌‌برداری تصادفی از ریشه درختان ممرز در جنگلهای استانهای مازندران و گلستان جداسازی شدند. سوسپانسیون حاصل از ریشه‌‌های ضدعفونی سطحی و سپس خردشده در آب مقطر در محیط Tryptic soy agar کشت شد. تک‌‌کلونی‌‌ها براساس ویژگیهای ریخت‌شناختی انتخاب و با واکشت خالص شدند. تعلق جدایههای به‌دست‌آمده برپایه ریخت‌‌شناسی کلونی، تولید اندوسپور، واکنش گرم و فعالیت اکسیداز و کاتالاز به جنس باسیلوس مشخص شد. ویژگیهای فنوتیپی و نیز مولکولی جدایهها با بهکارگیری PCR با آغازگرهای IS50، BOX و REP تعیین شد. داده‌‌ها در صورت حضور با عدد یک و عدم حضور با عدد صفر با استفاده از نرم‌‌افزار TotalLab TL120 کدگذاری و ماتریس تشابه و درخت فیلوژنتیکی به‌ترتیب با استفاده از نرم‌‌افزار NTSYS 2.02e و الگوریتم UPGMA ترسیم شدند. یک نماینده از جدایههای هر گروه انتخاب شد. سپس، آن‌ها برای شناسایی مولکولی با بهکارگیری آغازگرهای ناحیه S rDNA16 و ژن HSP60 با PCR تکثیر شدند. قطعه تکثیرشده پس از خالص‌‌سازی برای تعیین ترادف به شرکت Microsynth سوئیس ارسال شد. ترادفهای به‌دست‌آمده با ترادفهای موجود در ژن‌‌بانک NCBI به روش BLASTn مقایسه شد. درخت فیلوژنتیکی حاصل از مقایسه ترادفهای نوکلئوتیدی جدایهها با گونه‌‌های باسیلوس موجود در بانک ژن با استفاده از نرم‌‌افزار MEGA X و بهکارگیری الگوریتم‌‌های درست‌نمایی بیشینه و اتصال همسایه با درجه اعتبار‌سنجی 1000 رسم شد. فعالیت ضدباکتریایی جدایههای باسیلوس با کاربرد عصاره دی‌‌کلرومتان و روش دیسک کاغذی برعلیه باکتری Brenneria roseae، عامل بیماری خیسی چوب درختان ممرز بررسی شد. توانایی جدایهها در تولید زیلایه (بیوفیلم)، پروتئاز، سیانید هیدروژن و هورمون ایندول استیک اسید (IAA) نیز ارزیابی شد. نتایج: درمجموع، 30 جدایه باکتری از نمونه‌‌های تهیه‌شده از ریشه درختان ممرز جداسازی شد. هیچ کلونی باکتری در تشتک‌‌های شاهد مشاهده نشد که میتواند نمایانگر کارایی مطلوب روش ضدعفونی‌‌سازی سطحی به‌کاربرده‌شده و شاهدی بر درونرست بودن جدایههای به‌دست‌آمده محسوب شود. جدایهها براساس ویژگیهای فنوتیپی و ژنوتیپی در سه گروه مجزا قرار گرفتند. مقایسه ترادف ناحیه تکثیرشده از S rDNA16 و HSP60 با ترادفهای موجود در ژن‌‌بانک NCBI و درخت فیلوژنتیکی ترسیمی نشان‌‌دهنده وجود گونه‌‌های Bacillus thuringiensis، B. subtilis و B. mycoides در نمونه‌‌ها بود. گونه B. thuringiensis بیشترین فراوانی و B. subtilis در رتبه بعدی و B. mycoides واجد کمترین فراوانی بودند. ترادفهای حاصل از HSP60، تعیین دقیق موقعیت تاکسونومیکی جدایههای باسیلوس در سطح گونه را امکان‌‌پذیر کرد. سطح IAA تولیدی جدایهها از هشت تا 75 میلی‌گرم در لیتر متغیر بود. جدایههای B. mycoides بیشترین و جدایههای B. subtilis کمترین سطح تولید را داشتند. اغلب جدایهها قادر به تولید آنزیم‌‌های لیپاز، ژلاتیناز، لسیتیناز، پروتئاز و آمیلاز بودند. جدایههای B. thuringiensis بیشینه سطح پروتئاز را تولید کردند و بیشینه مقدار زیلایه توسط جدایههای B. subtilis تولید شد. بیشترین هاله بازدارنده عصاره‌‌ی دی‌‌کلرومتان جدایههای باسیلوس برعلیه B. roseae متعلق به جدایه rAqa2 گونه B. subtilis (با قطر بازداری 25/0±3/18 میلی‌‌متر) بود. نتیجه‌‌گیری کلی: علاوه‌بر تنوع حاصل از گروه‌‌بندی فنوتیپی و مولکولی، وجود تنوع در برخی از ویژگیهای فیزیولوژیکی در جدایههای باسیلوس میتواند نشانگر تأثیر بالقوه بعضی از جدایهها در تولید هورمون‌‌های محرک رشد و افزایش ایمنی گیاهان باشد. همچنین، اثرات ضدباکتریایی و حفاظتی آن‌ها میتواند به‌عنوان عوامل زیست‌کنترل در گیاهان جنگلی در برابر عوامل بیماری‌زای باکتریایی محسوب شود. این پژوهش، اولین بررسی در زمینه شناسایی مولکولی و تعیین ویژگیهای جدایههای باسیلوس درونرست ریشه ممرز در ایران است. | ||
| کلیدواژه‌ها | ||
| اندوفیت؛ ایندول استیک اسید؛ باسیلوس؛ ترادف؛ جدایه؛ ممرز | ||
| عنوان مقاله [English] | ||
| Assessment of the Phenotypic and Genotypic Diversity of Endophytic Bacillus Strains Isolated from the Roots of Hornbeam (Carpinus betulus L.) in Mazandaran and Golestan Provinces, Iran | ||
| نویسندگان [English] | ||
| S.M. Alavi1؛ H. Rahimian2؛ S Tarighi3؛ M. Mehrvar3 | ||
| 1Ph.D. Student of Phytopathogenic Prokaryotes, Department of Plant Protection, Faculty of Agriculture, Ferdowsi University of Mashhad, Mashhad, Iran | ||
| 2Corresponding author, Prof., Department of Plant Protection, Faculty of Crop Sciences, Sari Agricultural Sciences and Natural Resources University, Sari, Iran | ||
| 3Associate Prof., Department of Plant Protection, Faculty of Agriculture, Ferdowsi University of Mashhad, Mashhad, Iran | ||
| چکیده [English] | ||
| Background and objectives: The beneficial characteristics of endophytic bacteria in general and environmental safety features of Bacillus spp. in particular, have made them potentially efficacious bacteria for plant growth promotion as well as plant defense elicitation against biotic and abiotic stresses. Given that the preservation of biodiversity and sustainability of the Hyrcanian forests in Iran is of utmost importance ecologically and environmentally, proper management of this ecosystem demands considerable attention and care. Studying the microbiome structure and activities, including determination of microorganisms living as endophytes or commensals can be regarded as the starting steps in this context. This study was aimed at the molecular identification and physiological characterization of endophytic Bacillus isolates recovered from the roots of hornbeam (Carpinus betulus L.) trees in some different locations of Hyrcanian forests. Methodology: Samples of hornbeam roots were randomly collected from Mazandaran and Golestan provinces, Iran, in the early spring of 2020. Root segments were surface-disinfected, washed in sterile distilled water (SDW) and crushed in drops of SDW using a sterile mortar and pestle. Isolation of bacteria was done by spreading drops of the suspension on plates of tryptic soy agar (TSA). Single colonies were selected after 3-4 days of incubation at 28˚C and restreaked on TSA to obtain pure cultures. Initial identification of the isolates was based on colony morphology, Gram-stain reaction, position of endospores, and production of catalase and oxidase. The isolates were characterized phenotypically and their diversity was assessed by comparing their DNA fragment patterns following their amplification by REP-, BOX- and IS50-PCR and electrophoresis on agarose gels. The data were converted into a binary matrix using TotalLab TL120 software, where the digits 1/0 represented the presence/absence of a DNA band. The similarity matrix and clustering were generated by the use of NTSYS 2.02e software based on the unweighted pair group method with arithmetic average (UPGMA) clustering algorithm. A representative isolate was selected for each of the DNA profile groups and a fragment of the 16S rRNA and HSP60 genes of each was amplified by PCR. PCR products were sequenced by Microsynth company (Switzerland) through the Sanger sequencing method. The nucleotide sequences were aligned and compared with those of a collection of Bacillus species retreived from GenBank using the BLASTn program. Phylogenetic trees were constructed using the Maximum-Likelihood and Neighbor-Joining methods with 1000 bootstraps in MEGA X software package. Antibacterial activity of Bacillus isolates against Brenneria roseae, the causal agent of hornbeam wetwood disease, was investigated using sterilized blank paper disk impregnated with extracts prepared in dichloromethane. The isolates were assessed for their capacity to produce Indole acetic acid (IAA), hydrogen cyanide, protease, and biofilm. Results: Thirty bacterial strains were isolated from hornbeam roots on TSA medium and subsequently characterized. The absence of bacterial colonies on the TSA plates inoculated with the final rinse water from the uncrushed bark fragments indicated the effectiveness of the surface disinfection procedure. The isolates were grouped into three clusters based on their phenotypic and genotypic characteristics. Comparison of the nucleotide sequences of the 16S rDNA and HSP60 with the sequences obtained from GenBank (NCBI) led to the identification of Bacillus thuringiensis, B. subtilis, and B. mycoides as the species constituting the three clusters, with B. thuringiensis being the predominant group. B. subtilis was the most populated and B. mycoides the least encountered species. Phylogenetic analysis based on the HSP60 gene sequence proved to be a reliable approach for determining the Bacillus species. IAA production level varied from eight to 75 mg/L among the species, with B. mycoides isolates producing the highest and B. subtilis the lowest levels of IAA. Most of the isolates had the capability to produce lipase, gelatinase, lecithinase, protease, and amylase. The isolates of B. thuringiensis produced higher levels of protease than the rest of the isolates. Biofilm production was particularly prominent in isolates of B. subtilis. The dichloromethane extract of B. subtilis isolate rAqa2 exhibited the highest growth inhibition (18.3 ± 0.25mm in diameter) of Brenneria roseae. Conclusion: A high level of genotypic and phenotypic heterogeneity existed among the endophyte isolates recovered from the roots of C. betulus, despite their isolation from a common source species. This could be partly justified by viewing the Hyrcanian forests as a mixed-species ecosystem and a source of microbial consortia that could protect plants against stresses. This study is the first investigation on the molecular identification and characterization of endophytic Bacillus isolates from hornbeam roots in Iran. | ||
| کلیدواژه‌ها [English] | ||
| Bacillus, endophyte, hornbeam, IAA, isolate, sequences | ||
| مراجع | ||
|
- Al-Saraireh, H., Al-Zareini, W.A. and Tarawneh, K.A., 2015. Antimicrobial activity of secondary metabolites from a soil Bacillus sp. 7B1 isolated from south Al-karak, Jordan. Jordan Journal of Biological Sciences, 8: 127-132. - Alström, S. and Burns, R.G., 1989. Cyanide production by rhizobacteria as a possible mechanism of plant growth inhibition. Biology and Fertility of Soil, 7: 232-238. - Bakker, P.A.H.M., Pieterse, C.M.J. and van Loon, L.C., 2007. Induced systemic resistance by fluorescent Pseudomonas spp. Phytopathology, 97: 239-243. - Bargabus, R.L., Zidack, N.K., Sherwoodand, J.E. and Jacobsen, B.J., 2002. Characterisation of systemic resistance in sugar beet elicited by a non-pathogenic, phyllosphere-colonizing Bacillus mycoides, biological control agent. Physiological and Molecular Plant Pathology, 61: 289-298. - Fernando, W.G.D., Nakkeeran, S., Zhang, Y. and Savchuk, S., 2007. Biological control of Sclerotinia sclerotiorum (Lib.) de Bary by Pseudomonas and Bacillus species on canola petals. Crop Protection, 26: 100-107. - Freitas, D.B., Reis, M.P., Lima-Bittencourt, C.I., Costa, P.S., Assis, P.S., Chartone-Souza, E. and Nascimento, A.M.A., 2008. Genotypic and phenotypic diversity of Bacillus spp. isolated from steel plant waste. BMC Research Notes, 1: 92. - Fritze, D., 2004. Taxonomy of the genus Bacillus and related genera: the aerobic endospore-forming bacteria. Phytopathology, 94: 1245-1248. - Gardener, B.B.M.S. and Fravel, D.R., 2002. Biological control of plant pathogens: research, commercialization, and application in the USA. Plant Health Progress, 3: 17. - Gupta, R.S., Patel, S., Saini, N. and Chen, S., 2020. Robust demarcation of 17 distinct Bacillus species clades, proposed as novel Bacillaceae genera, by phylogenomics and comparative genomic analyses: description of Robertmurraya kyonggiensis sp. nov. and proposal for an emended genus Bacillus limiting it only to the members of the Subtilis and Cereus clades of species. International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology, 70: 5753-5798. - Kandel, S.L., Joubert P.M. and Doty, S.L., 2017. Bacterial endophyte colonization and distribution within plants. Microorganisms, 5: 77. - Kang, S.H., Cho, H.S., Cheong, H., Ryu, C.M., Kim, J.F. and Park, S., 2007. Two bacterial entophytes eliciting both plant growth promotion and plant defense on pepper (Capsicum annuum L.). Journal of Microbiology and Biotechnology, 17: 96-103. - Ki, J.S., Zhang, W. and Qian, P.Y., 2009. Discovery of marine Bacillus species by 16S rRNA and rpoB comparisons and their usefulness for species identification. Journal of Microbiological Methods, 77: 48-57. - Kloepper, J.W., Ryu, C.M. and Zhang, S., 2004. Induced systemic resistance and promotion of plant growth by Bacillus spp. Phytopathology, 94: 1259-1266. - Lodewyckx, C., Vangronsveld, J., Porteous, F., Moore, E.R.B., Taghavi, S., Mezgeay, M. and van der Lelie, D., 2002. Endophytic bacteria and their potential applications. Critical Reviews in Plant Sciences, 21: 583-606. - Malinowski, D.P., Alloush, G.A. and Belesky, D.P., 2000. Leaf endophyte Neotyphodium coenophialum modifies mineral uptake in tall fescue. Plant and Soil, 227: 115-126. - Maughan, H. and Van der Auwera, G., 2011. Bacillus taxonomy in the genomic era finds phenotypes to be essential though often misleading. Infection, Genetics and Evolution, 11: 789-797. - Maurhofer, M., Keel, C., Haas, D. and Defago, G., 1995. Influence of plant species on disease suppression by Pseudomonas fluorescens strain CHAO with enhanced antibiotic production. Plant Pathology, 44: 40-50. - Patel, S. and Gupta, R.S., 2020. A phylogenomic and comparative genomic framework for resolving the polyphyly of the genus Bacillus: Proposal for six new genera of Bacillus species, Peribacillus gen. nov., Cytobacillus gen. nov., Mesobacillus gen. nov., Neobacillus gen. nov., Metabacillus gen. nov. and Alkalihalobacillus gen. nov. International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology, 70: 406-438. - Patten, C.L. and Glick, B.R., 1996. Bacterial biosynthesis of indole-3-acetic acid. Canadian Journal of Microbiology, 42: 207-220. - Paz, I.C.P., Santin, R.C.M., Guimarães, A.M., Rosa, O.P.P., Dias, A.C.F., Quecine, M.C., ... and Matsumura, A.T.S., 2012. Eucalyptus growth promotion by endophytic Bacillus spp. Genetics and Molecular Research, 11: 3711-3720. - Pérez-García, A., Romero, D. and de Vicente, A., 2011. Plant protection and growth stimulation by microorganisms: biotechnological applications of Bacilli in agriculture. Current Opinion in Biotechnology, 22: 187-193. - Pirttila, A.M. and Frank, A.C., 2011. Endophyte of Forest Trees: Biology and Application, First Edition. Springer, Amsterdam, Netherlands, 322p. - Poormontaseri, M., Ostovan, R., Berizi, E. and Hosseinzadeh, S., 2017. Growth rates of Bacillus species probiotics using various enrichment media. International Journal of Nutrition Sciences, 2: 39-42. - Rijavec, T. and Lapanje, A., 2016. Hydrogen cyanide in the rhizosphere: not suppressing plant pathogens, but rather regulating availability of phosphate. Frontiers in Microbiology, 7: 1785. - Sabeti, H., 1994. Forests, Trees and Shrubs of Iran. Published by University of Yazd, Yazd, 884p (In Persian with English summary). - Sari, E., Etebarian, H.R., Roustaei, A. and Aminian, H., 2006. Biological control of Gaeumannomyces graminis on wheat with Bacillus spp. Plant Pathology Journal, 5: 307-314. - Satomi, M., La Duc, M.T. and Venkateswaran, K., 2006. Bacillus safensis sp. Nov., isolated from spacecraft and assembly-facility surfaces. International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology, 56: 1735-1740. - Schaad, N.W., Jones, J.B. and Chun, W., 2001. Laboratory Guide for Identification of Plant Pathogenic Bacteria, Third Edition. American Phytopathological Society Press, Saint Paul, Minnesota, 373p. - Sen, R., Tripathy, S., Padhi, S.K., Mohanty, S. and Maiti, N.K., 2015. Assessment of genetic diversity of Bacillus spp. isolated from eutrophic fish culture pond. 3 Biotec, 5: 393-400. - Senthilkumar, M., Govindasamy, V. and Annapurna, K., 2007. Role of antibiosis in suppression of charcoal rot disease by soybean endophyte Paenibacillus sp. HKA-15. Current Microbiology, 55: 25-29. - Shen, S.Y. and Fulthorpe, R., 2015. Seasonal variation of bacterial endophytes in urban trees. Frontiers in Microbiology, 6: 427. - Stepanović, S., Vuković, D., Hola, V., Bonaventura, G.D., Djukić, S., Ćirković, I. and Ruzicka, F., 2007. Quantification of biofilm in microtiter plates: overview of testing conditions and practical recommendations for assessment of biofilm production by staphylococci. Journal of Pathology, Microbiology and Immunology, 115: 891-899. - Stoltzfus, J.R., So, R., Malarvithi, P.P., Ladha, J.K. and de-Bruijn, F.J., 1997. Isolation of endophytic bacteria from rice and assessment of their potential for supplying rice with biologically fixed nitrogen. Plant and Soil, 194: 25-36. - Suihko, M.L. and Stackebrandt, E., 2003. Identification of aerobic mesophilic bacilli isolated from board and paper products containing recycled fibres. Journal of Applied Microbiology, 94: 25-34. - Szilagyi-Zecchin, V.J., Ikeda, A.C., Hungria, M., Adamoski, D., Kava-Cordeiro, V., Glienke, C. and Galli-Terasawa, L.V., 2014. Identification and characterization of endophytic bacteria from corn (Zea mays L.) roots with biotechnological potential in agriculture. AMB Express, 4: 26. - Tashi-Oshnoei, F., Harighi, B. and Abdollahzadeh, J., 2016. Isolation and identification of endophytic bacteria with plant growth promoting and biocontrol potential from oak trees. Forest Pathology, 47: e12360.
- Turenne, C.Y., Snyder, J.W. and Alexander, D.C., 2015. Bacillus and other aerobic endospore-forming bacteria: 441-461. In: Jorgensen, J.H., Carroll, K.C., Funke, G., Pfaller, M.A., Landry, M.L., Richter, S.S. and Warnock, D.W. (Eds.). Manual of Clinical Microbiology, Eleventh Edition. ASM Press, Washington DC, 2892p. - Wakisaka, Y. and Koizumi, K., 1982. An enrichment isolation procedure for minor Bacillus populations. The Journal of Antibiotics, 35: 450-457. - Weisburg, W.G., Barns, S.M., Pelletier, D.A. and Lane, D.J., 1991. 16S ribosomal DNA amplification for phylogenetic study. Journal of Bacteriology, 173: 697-703. - Wilson, D., 1995. Endophyte: the evolution of a term, and clarification of its use and definition. Oikos, 73: 274-276. - Zeraatpisheh, M., Bakhshandeh, E., Hosseini, M. and Alavi, S.M., 2020. Assessing the effects of deforestation and intensive agriculture on the soil quality through digital soil mapping. Geoderma, 363: 114139.
| ||
|
آمار تعداد مشاهده مقاله: 518 تعداد دریافت فایل اصل مقاله: 289 |
||