شناسایی باکتری اندوفیت Bacillus velezensis جداشده از بذر گندم به عنوان عامل مهارزیستی و محرک رشد گیاه

پذیرفته شده برای پوستر
کد مقاله : 1288-25IPPC
نویسندگان
1مرکز تحقیقات و آموزش کشاورزی و منابع طبیعی خراسان رضوی
2دانشگاه فردوسی مشهد
3استاد گروه گیاهپزشکی
چکیده
بیماری‌های بلایت خوشۀ فوزاریومی (FHB)، پوسیدگی طوقۀ فوزاریومی (FCR) و لکه‌نواری باکتریایی (BLS) به‌عنوان بیماری‌های مخرب گندم در سراسر جهان شناسایی شده‌اند. نبودن کولتیوارهای مقاوم و اثرات مخرب استفاده از آفت‌کش‌های شیمیایی برای کنترل این بیماری‌ها، محققان را ترغیب کرده‌اند تا از عوامل زیستی به عنوان راهکاری دوستدار محیط‌زیست استفاده کنند. گیاهان جامعۀ کوچکی از میکروب‌ها را حمل می‌کنند که بر رشدشان اثر داشته و از آنها در برابر بیمارگرها محافظت می‌نمایند. هدف از این تحقیق، جداسازی و شناسایی باکتری‌های اندوفیت دارای خواص مهارزیستی بیمارگرها و افزایش‌دهندۀ رشد گندم از بذر این گیاه بود. در این پژوهش، 51 باکتری اندوفیت از بذر‌های 14 رقم ایرانی گندم (ارگ، بهار، بهاران، بهرنگ، چمران، چمران2، دنا، فلات، حیدری، پارسی، پیشگام، سایونز، سیروان و سیوند) جداسازی شدند. طبق محاسبات انجام شده لگاریتم تراکم جمعیت باکتری‌های اندوفیت در بذرها از 0.602 (چمران‌2) تا 1.544 (پارسی) تخمین زده شد. جدایه‌ها علیه دو بیمارگر مهمFusarium graminearum و Xanthomonas translucens با روش کشت متقابل مورد ارزیابی قرار گرفتند. سه جدایه علیه هردو بیمارگر خاصیت بازدارندگی نشان دادند. از میان این باکتری‌ها، یک جدایه به عنوان قوی‌ترین آنتاگونیستی که در آزمایشگاه توانست جوانه‌زنی بذر را 15.85 درصد بیشتر از بذرهای تیمار نشده افزایش دهد و رشد ریشه و اندام‌های هوایی را نیز بالا ببرد، برای بررسی بیشتر انتخاب شد. این جدایه قادر به تولید پروتئاز، پکتیناز، سلولاز، آمیلاز، کاتالاز، ایندول‌استیک‌اسید (IAA)، آمونیاک، سیدروفور و قابل حل نمودن فسفات بود اما نتوانست لیپاز، کیتیناز و هیدروژن‌سیانید (HCN) را تولید کند. آزمون رشد در محیط کم‌نمک DF نشان داد که این جدایه توانست ACC دآمیناز تولید کند و با رشد روی محیط کشت فاقد نیتروژن، نشان داد که پتانسیل تثبیت نیتروژن اتمسفری را دارد. آزمون‌های گلخانه‌ای نشان دادند که شاخص‌های رشدی گیاه برای اندام‌های هوایی و ریشه‌ها در گیاهچه‌های گندم تیمار شده با اندوفیت، افزایش یافتند و عبارت بودند از طول (به ترتیب 33.22 و 38.83 درصد)، وزن تر (به ترتیب 43.08 و 39.88 درصد) و وزن خشک (به ترتیب 63.07 و 61.5 درصد). وزن هزار دانه نیز در گیاهان تیمار شده به میزان 11.29 درصد بیشتر شد. میزان محافظت از گیاه در برابر باکتری بیمارگر 64.23 درصد بود. کاهش درصد آلودگی بلایت خوشۀ فوزاریومی، 80.33 درصد و میزان کاهش شدت بیماری پوسیدگی طوقۀ فوزاریومی، 78.19 درصد ارزیابی گردید. با توالی‌یابی کامل ژنوم، جدایۀ باکتریایی به عنوان Bacillus velezensis شناسایی گردید. این اندوفیت دامنۀ آنتاگونیستی وسیعی دارد در نتیجه می‌تواند به عنوان عامل مهارزیستی برای حفاظت گیاهان علیه بیمارگرهای گیاهی مختلف و کود‌زیستی افزایش دهندۀ رشد گیاهان متفاوت مورد استفاده قرار گیرد. اثر این باکتری اندوفیتی بر مهار‌زیستی بیماری‌های پوسیدگی طوقۀ فوزاریومی و لکه‌نواری باکتریایی برای اولین بار گزارش گردید.
کلیدواژه ها
 
Title
Identification of Bacillus velezensis endophytic bacterium isolated from wheat seeds as a biocontrol and plant growth promoter agent
Authors
Elaheh Taheri, Saeed Tarighi, Parissa Taheri
Abstract
Fusarium head blight (FHB), Fusarium crown rot (FCR), and bacterial leaf streak (BLS) have been identified as destructive wheat diseases worldwide. The lack of resistant cultivars and the harmful effects of using chemical pesticides to control these diseases have encouraged researchers to use biological agents as an environmentally friendly strategy. Plants carry a small community of microbes that affect their growth and protect them against pathogens. This study aimed to isolate and identify antagonistic plant growth-promoting endophytic bacteria in wheat seeds. In this research, 51 endophytic bacteria were isolated from the seeds of 14 Iranian wheat cultivars (Arg, Bahar, Baharan, Behrang, Chamran, Chamran 2, Dena, Falat, Heidari, Parsi, Pishgam, Sayonz, Sirvan and Sivand). According to the calculations, the logarithm of endophytic bacterial population density in seeds was estimated from 0.602 (Chamran 2) to 1.544 (Parsi). The isolates were evaluated against two important pathogens Fusarium graminearum and Xanthomonas translucens by dual culture assays. Three isolates showed antagonistic activity against both phytopathogens. Among these bacteria, one potent antagonist isolate, capable of increasing seed germination by 15.85% more than untreated seeds and also could increase the growth of roots and shoots in vitro, was selected for further investigation. This isolate could produce protease, pectinase, cellulase, amylase, catalase, indoleacetic acid (IAA), ammonia, siderophore, and solubilized phosphate, but could not produce lipase, chitinase, and hydrogen cyanide (HCN). Growing on a minimal salt medium DF test showed that this isolate could produce ACC deaminase, and growing on a nitrogen-free medium showed that it has the potential to fix atmospheric nitrogen. Greenhouse experiments indicated that plant growth-promoting characteristics of shoots and roots in endophyte-treated wheat seedlings increased and included length (33.22 and 38.83%, respectively), fresh weight (43.08 and 39.88%, respectively) and dry weight (63.07 and 61.5%, respectively). One thousand grains weight also increased by 11.29% in treated plants. The plant protection rate against pathogenic bacterium was 64.23%. The percentage of FHB infection reduction was 80.33% and FCR disease severity reduction was 78.19%. By whole genome sequencing (WGS), the bacterial isolate was identified as Bacillus velezensis. This endophyte has a wide antagonistic range, so it can be used as a biocontrol agent to protect plants against various phytopathogens and as a fertilizer to increase the growth of different plants. The effect of this endophytic bacterium on the biocontrol of fusarium crown rot and bacterial leaf streak diseases was reported for the first time.
Keywords
Bacterial leaf streak, Fusarium head blight, Fusarium crown rot, Whole genome sequencing