Published October 28, 2022 | Version v1
Publication Open

Sphingomonas sp. Hbc-6 alters physiological metabolism and recruits beneficial rhizosphere bacteria to improve plant growth and drought tolerance

Creators

  • 1. Lanzhou University
  • 2. Hainan University
  • 3. Beijing Forestry University

Description

Drought poses a serious threat to plant growth. Plant growth-promoting bacteria (PGPB) have great potential to improve plant nutrition, yield, and drought tolerance. Sphingomonas is an important microbiota genus that is extensively distributed in the plant or rhizosphere. However, the knowledge of its plant growth-promoting function in dry regions is extremely limited. In this study, we investigated the effects of PGPB Sphingomonas sp. Hbc-6 on maize under normal conditions and drought stress. We found that Hbc-6 increased the biomass of maize under normal conditions and drought stress. For instance, the root fresh weight and shoot dry weight of inoculated maize increased by 39.1% and 34.8% respectively compared with non-inoculated plant, while they increased by 61.3% and 96.3% respectively under drought conditions. Hbc-6 also promoted seed germination, maintained stomatal morphology and increased chlorophyll content so as to enhance photosynthesis of plants. Hbc-6 increased antioxidant enzyme (catalase, superoxide, peroxidase) activities and osmoregulation substances (proline, soluble sugar) and up-regulated the level of beneficial metabolites (resveratrol, etc.). Moreover, Hbc-6 reshaped the maize rhizosphere bacterial community, increased its richness and diversity, and made the rhizosphere bacterial community more complex to resist stress; Hbc-6 could also recruit more potentially rhizosphere beneficial bacteria which might promote plant growth together with Hbc-6 both under normal and drought stress. In short, Hbc-6 increased maize biomass and drought tolerance through the above ways. Our findings lay a foundation for exploring the complex mechanisms of interactions between Sphingomonas and plants, and it is important that Sphingomonas sp. Hbc-6 can be used as a potential biofertilizer in agricultural production, which will assist finding new solutions for improving the growth and yield of crops in arid areas.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

يشكل الجفاف تهديدًا خطيرًا لنمو النبات. تتمتع البكتيريا المعززة لنمو النبات (PGPB) بإمكانات كبيرة لتحسين تغذية النبات والمحصول وتحمل الجفاف. سفينغوموناس هو جنس ميكروبيوتا مهم يتم توزيعه على نطاق واسع في النبات أو غلاف الجذر. ومع ذلك، فإن معرفة وظيفة تعزيز نمو النبات في المناطق الجافة محدودة للغاية. في هذه الدراسة، قمنا بالتحقيق في آثار PGPB Sphingomonas sp. Hbc -6 على الذرة في ظل الظروف العادية وإجهاد الجفاف. وجدنا أن Hbc -6 زاد من الكتلة الحيوية للذرة في ظل الظروف العادية وضغوط الجفاف. على سبيل المثال، زاد الوزن الجذر الطازج والوزن الجاف للذرة المحصنة بنسبة 39.1 ٪ و 34.8 ٪ على التوالي مقارنة بالنباتات غير المحصنة، في حين زادت بنسبة 61.3 ٪ و 96.3 ٪ على التوالي في ظل ظروف الجفاف. كما عزز Hbc -6 إنبات البذور، وحافظ على مورفولوجيا الفم وزيادة محتوى الكلوروفيل وذلك لتعزيز التمثيل الضوئي للنباتات. زاد Hbc -6 من أنشطة الإنزيم المضاد للأكسدة (الكاتالاز، الفائق الأكسدة، البيروكسيداز) ومواد تنظيم التناضح (البرولين، السكر القابل للذوبان) ورفع مستوى المستقلبات المفيدة (ريسفيراترول، إلخ). علاوة على ذلك، أعاد Hbc -6 تشكيل المجتمع البكتيري لجذر الذرة، وزاد من ثرائه وتنوعه، وجعل المجتمع البكتيري لجذر الذرة أكثر تعقيدًا لمقاومة الإجهاد ؛ يمكن لـ Hbc -6 أيضًا تجنيد المزيد من البكتيريا المفيدة لجذر الذرة والتي قد تعزز نمو النبات جنبًا إلى جنب مع Hbc -6 تحت الضغط الطبيعي والجفاف. باختصار، زاد Hbc -6 من الكتلة الحيوية للذرة وتحمل الجفاف من خلال الطرق المذكورة أعلاه. تضع النتائج التي توصلنا إليها أساسًا لاستكشاف الآليات المعقدة للتفاعلات بين سفينغوموناس والنباتات، ومن المهم أن تكون سفينغوموناس إس بي. يمكن استخدام Hbc -6 كسماد حيوي محتمل في الإنتاج الزراعي، مما سيساعد في إيجاد حلول جديدة لتحسين نمو وغلة المحاصيل في المناطق القاحلة.

Translated Description (French)

La sécheresse constitue une grave menace pour la croissance des plantes. Les bactéries favorisant la croissance des plantes (PGPB) ont un grand potentiel pour améliorer la nutrition, le rendement et la tolérance à la sécheresse des plantes. Sphingomonas est un genre important de microbiote qui est largement distribué dans la plante ou la rhizosphère. Cependant, la connaissance de sa fonction de promotion de la croissance des plantes dans les régions sèches est extrêmement limitée. Dans cette étude, nous avons étudié les effets de PGPB Sphingomonas sp. Hbc-6 sur le maïs dans des conditions normales et de stress de sécheresse. Nous avons constaté que l'Hbc-6 augmentait la biomasse du maïs dans des conditions normales et de stress dû à la sécheresse. Par exemple, le poids frais des racines et le poids sec des pousses de maïs inoculé ont augmenté de 39,1 % et 34,8 % respectivement par rapport à la plante non inoculée, alors qu'ils ont augmenté de 61,3 % et 96,3 % respectivement dans des conditions de sécheresse. Hbc-6 a également favorisé la germination des graines, maintenu la morphologie stomatique et augmenté la teneur en chlorophylle afin d'améliorer la photosynthèse des plantes. Hbc-6 a augmenté les activités des enzymes antioxydantes (catalase, superoxyde, peroxydase) et des substances osmorégulatrices (proline, sucre soluble) et a régulé à la hausse le taux de métabolites bénéfiques (resvératrol, etc.). De plus, Hbc-6 a remodelé la communauté bactérienne de la rhizosphère du maïs, augmenté sa richesse et sa diversité, et rendu la communauté bactérienne de la rhizosphère plus complexe pour résister au stress ; Hbc-6 pourrait également recruter plus de bactéries potentiellement bénéfiques pour la rhizosphère qui pourraient favoriser la croissance des plantes avec Hbc-6 à la fois sous stress normal et sous stress de sécheresse. En bref, l'Hbc-6 a augmenté la biomasse de maïs et la tolérance à la sécheresse par les moyens ci-dessus. Nos résultats jettent les bases de l'exploration des mécanismes complexes des interactions entre Sphingomonas et les plantes, et il est important que Sphingomonas sp. Hbc-6 peut être utilisé comme biofertilisant potentiel dans la production agricole, ce qui aidera à trouver de nouvelles solutions pour améliorer la croissance et le rendement des cultures dans les zones arides.

Translated Description (Spanish)

La sequía supone una grave amenaza para el crecimiento de las plantas. Las bacterias promotoras del crecimiento de las plantas (PGPB) tienen un gran potencial para mejorar la nutrición, el rendimiento y la tolerancia a la sequía de las plantas. Sphingomonas es un género importante de microbiota que se distribuye ampliamente en la planta o rizosfera. Sin embargo, el conocimiento de su función promotora del crecimiento vegetal en regiones secas es extremadamente limitado. En este estudio, investigamos los efectos de PGPB Sphingomonas sp. Hbc-6 en maíz en condiciones normales y estrés por sequía. Descubrimos que la Hbc-6 aumentaba la biomasa del maíz en condiciones normales y de estrés por sequía. Por ejemplo, el peso fresco de la raíz y el peso seco de los brotes de maíz inoculado aumentaron en un 39,1% y un 34,8%, respectivamente, en comparación con la planta no inoculada, mientras que aumentaron en un 61,3% y un 96,3%, respectivamente, en condiciones de sequía. Hbc-6 también promovió la germinación de semillas, mantuvo la morfología estomática y aumentó el contenido de clorofila para mejorar la fotosíntesis de las plantas. La Hbc-6 aumentó las actividades de las enzimas antioxidantes (catalasa, superóxido, peroxidasa) y las sustancias de osmorregulación (prolina, azúcar soluble) y aumentó el nivel de metabolitos beneficiosos (resveratrol, etc.). Además, la Hbc-6 remodeló la comunidad bacteriana de la rizosfera del maíz, aumentó su riqueza y diversidad e hizo que la comunidad bacteriana de la rizosfera fuera más compleja para resistir el estrés; la Hbc-6 también podría reclutar más bacterias potencialmente beneficiosas para la rizosfera que podrían promover el crecimiento de las plantas junto con la Hbc-6 tanto en condiciones normales como de estrés por sequía. En resumen, la Hbc-6 aumentó la biomasa de maíz y la tolerancia a la sequía a través de las formas anteriores. Nuestros hallazgos sientan las bases para explorar los complejos mecanismos de interacción entre Sphingomonas y las plantas, y es importante que Sphingomonas sp. La Hbc-6 se puede utilizar como un posible biofertilizante en la producción agrícola, lo que ayudará a encontrar nuevas soluciones para mejorar el crecimiento y el rendimiento de los cultivos en zonas áridas.

Files

pdf.pdf

Files (14.9 MB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:ac51bb7335ce1ccd44c9232dcc181ffc
14.9 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
Sphingomonas sp. يغير Hbc -6 التمثيل الغذائي الفسيولوجي ويجند بكتيريا الجذر المفيدة لتحسين نمو النبات وتحمل الجفاف
Translated title (French)
Sphingomonas sp. Hbc-6 modifie le métabolisme physiologique et recrute des bactéries bénéfiques de la rhizosphère pour améliorer la croissance des plantes et la tolérance à la sécheresse
Translated title (Spanish)
Sphingomonas sp. Hbc-6 altera el metabolismo fisiológico y recluta bacterias beneficiosas de la rizosfera para mejorar el crecimiento de las plantas y la tolerancia a la sequía

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4307701829
DOI
10.3389/fpls.2022.1002772

Is supplement to
https://openalex.org/W4376956641 (Other)
https://openalex.org/W4317935246 (Other)
https://openalex.org/W2885147708 (Other)
https://openalex.org/W2803666417 (Other)
https://openalex.org/W2287713470 (Other)
https://openalex.org/W2150977073 (Other)
https://openalex.org/W2148587648 (Other)
https://openalex.org/W2010866349 (Other)
https://openalex.org/W2008443517 (Other)
https://openalex.org/W1993649252 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
China

References

  • https://openalex.org/W1573518848
  • https://openalex.org/W1922228235
  • https://openalex.org/W1963629065
  • https://openalex.org/W1989617364
  • https://openalex.org/W1992064376
  • https://openalex.org/W2003028326
  • https://openalex.org/W2004888855
  • https://openalex.org/W2009060023
  • https://openalex.org/W2012282270
  • https://openalex.org/W2016606855
  • https://openalex.org/W2030331014
  • https://openalex.org/W2041511660
  • https://openalex.org/W2049670035
  • https://openalex.org/W2053232793
  • https://openalex.org/W2058567997
  • https://openalex.org/W2073205409
  • https://openalex.org/W2081490762
  • https://openalex.org/W2082917714
  • https://openalex.org/W2088381487
  • https://openalex.org/W2094239708
  • https://openalex.org/W2122010386
  • https://openalex.org/W2125591204
  • https://openalex.org/W2130694174
  • https://openalex.org/W2163552585
  • https://openalex.org/W2177725692
  • https://openalex.org/W2180804845
  • https://openalex.org/W2279276408
  • https://openalex.org/W2296162578
  • https://openalex.org/W2492532868
  • https://openalex.org/W2538132594
  • https://openalex.org/W2564833305
  • https://openalex.org/W2566802392
  • https://openalex.org/W2605993763
  • https://openalex.org/W2622290839
  • https://openalex.org/W2625588123
  • https://openalex.org/W2738854120
  • https://openalex.org/W2745513646
  • https://openalex.org/W2749829700
  • https://openalex.org/W2784903903
  • https://openalex.org/W2789828017
  • https://openalex.org/W2790455034
  • https://openalex.org/W2791927277
  • https://openalex.org/W2792328940
  • https://openalex.org/W2799868363
  • https://openalex.org/W2807998903
  • https://openalex.org/W2889094292
  • https://openalex.org/W2890851984
  • https://openalex.org/W2896411873
  • https://openalex.org/W2903079215
  • https://openalex.org/W2913708213
  • https://openalex.org/W2922390929
  • https://openalex.org/W2934212488
  • https://openalex.org/W2944421815
  • https://openalex.org/W2945381725
  • https://openalex.org/W2946596447
  • https://openalex.org/W2950208856
  • https://openalex.org/W2963729543
  • https://openalex.org/W2964839927
  • https://openalex.org/W2985492949
  • https://openalex.org/W2999210387
  • https://openalex.org/W3000338299
  • https://openalex.org/W3004491736
  • https://openalex.org/W3005093354
  • https://openalex.org/W3011103792
  • https://openalex.org/W3017035840
  • https://openalex.org/W3020658322
  • https://openalex.org/W3029442976
  • https://openalex.org/W3033738782
  • https://openalex.org/W3036223538
  • https://openalex.org/W3037376146
  • https://openalex.org/W3038529610
  • https://openalex.org/W3089633091
  • https://openalex.org/W3092382885
  • https://openalex.org/W3094741352
  • https://openalex.org/W3100394696
  • https://openalex.org/W3103191588
  • https://openalex.org/W3106677156
  • https://openalex.org/W3119463787
  • https://openalex.org/W3128327706
  • https://openalex.org/W3135012547
  • https://openalex.org/W3136889721
  • https://openalex.org/W3155118787
  • https://openalex.org/W3155284922
  • https://openalex.org/W3156983679
  • https://openalex.org/W3159761677
  • https://openalex.org/W3167078697
  • https://openalex.org/W3168753324
  • https://openalex.org/W3195696953
  • https://openalex.org/W3197736777
  • https://openalex.org/W3203012940
  • https://openalex.org/W3212908906
  • https://openalex.org/W885906039