Published July 14, 2017
| Version v1
Publication
Open
Genetic Diversity of Nitrogen-Fixing and Plant Growth Promoting Pseudomonas Species Isolated from Sugarcane Rhizosphere
Creators
- 1. Guangxi University
- 2. Guangxi Academy of Agricultural Science
- 3. Chinese Academy of Agricultural Sciences
Description
The study was designed to isolate and characterize Pseudomonas spp. from sugarcane rhizosphere, and to evaluate their plant- growth- promoting (PGP) traits and nitrogenase activity. A biological nitrogen-fixing microbe has great potential to replace chemical fertilizers and be used as a targeted biofertilizer in a plant. A total of 100 isolates from sugarcane rhizosphere, belonging to different species, were isolated; from these, 30 isolates were selected on the basis of preliminary screening, for in vitro antagonistic activities against sugarcane pathogens and for various PGP traits, as well as nitrogenase activity. The production of IAA varied from 312.07 to 13.12 μg mL-1 in tryptophan supplemented medium, with higher production in AN15 and lower in CN20 strain. The estimation of ACC deaminase activity, strains CY4 and BA2 produced maximum and minimum activity of 77.0 and 15.13 μmoL mg-1 h-1. For nitrogenase activity among the studied strains, CoA6 fixed higher and AY1 fixed lower in amounts (108.30 and 6.16 μmoL C2H2 h-1 mL-1). All the strains were identified on the basis of 16S rRNA gene sequencing, and the phylogenetic diversity of the strains was analyzed. The results identified all strains as being similar to Pseudomonas spp. Polymerase chain reaction (PCR) amplification of nifH and antibiotic genes was suggestive that the amplified strains had the capability to fix nitrogen and possessed biocontrol activities. Genotypic comparisons of the strains were determined by BOX, ERIC, and REP PCR profile analysis. Out of all the screened isolates, CY4 (Pseudomonas koreensis) and CN11 (Pseudomonas entomophila) showed the most prominent PGP traits, as well as nitrogenase activity. Therefore, only these two strains were selected for further studies; Biolog profiling; colonization through green fluorescent protein (GFP)-tagged bacteria; and nifH gene expression using quantitative real-time polymerase chain reaction (qRT-PCR) analysis. The Biolog phenotypic profiling, which comprised utilization of C and N sources, and tolerance to osmolytes and pH, revealed the metabolic versatility of the selected strains. The colonization ability of the selected strains was evaluated by genetically tagging them with a constitutively expressing GFP-pPROBE-pTetr-OT plasmid. qRT-PCR results showed that both strains had the ability to express the nifH gene at 90 and 120 days, as compared to a control, in both sugarcane varieties GT11 and GXB9. Therefore, our isolated strains, P. koreensis and P. entomophila may be used as inoculums or in biofertilizer production for enhancing growth and nutrients, as well as for improving nitrogen levels, in sugarcane and other crops. The present study, to the best of our knowledge, is the first report on the diversity of Pseudomonas spp. associated with sugarcane in Guangxi, China.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
تم تصميم الدراسة لعزل وتمييز أنواع الزائفة من ريزوسفير قصب السكر، وتقييم سماتها المعززة للنمو النباتي (PGP) ونشاط النيتروجيناز. يتمتع الميكروب البيولوجي المثبت للنيتروجين بإمكانات كبيرة ليحل محل الأسمدة الكيميائية ويستخدم كسماد حيوي مستهدف في النبات. تم عزل ما مجموعه 100 عزلة من غلاف قصب السكر، تنتمي إلى أنواع مختلفة ؛ من هذه، تم اختيار 30 عزلة على أساس الفحص الأولي، للأنشطة المعادية في المختبر ضد مسببات أمراض قصب السكر ولسمات PGP المختلفة، وكذلك نشاط النيتروجيناز. تراوح إنتاج الأحماض الأمينية الداخلية من 312.07 إلى 13.12 ميكروغرام ملليلتر -1 في الوسط المكمل للتريبتوفان، مع إنتاج أعلى في AN15 وأقل في سلالة CN20. أنتج تقدير نشاط نازعة الأمين ACC، سلالات CY4 و BA2 الحد الأقصى والحد الأدنى من النشاط 77.0 و 15.13 ميكرو مول مجم-1 ساعة-1. بالنسبة لنشاط إنزيم النيتروجين بين السلالات المدروسة، فإن CoA6 ثابت أعلى و AY1 ثابت أقل في الكميات (108.30 و 6.16 ميكرومول C2H2 h -1 mL -1). تم تحديد جميع السلالات على أساس تسلسل جين الحمض النووي الريبوزي 16S، وتم تحليل التنوع الوراثي للسلالات. حددت النتائج جميع السلالات على أنها مشابهة لـ Pseudomonas spp. كان تضخيم تفاعل البوليميراز المتسلسل لجينات nifH والمضادات الحيوية يوحي بأن السلالات المضخمة لديها القدرة على تثبيت النيتروجين وتمتلك أنشطة المكافحة الحيوية. تم تحديد المقارنات الوراثية للسلالات من خلال تحليل ملف تعريف تفاعل البوليميراز المتسلسل BOX و ERIC و REP. من بين جميع العزلات التي تم فحصها، أظهر CY4 (الزائفة الكورية) و CN11 (الزائفة الحشرية) أبرز سمات PGP، بالإضافة إلى نشاط النيتروجيناز. لذلك، تم اختيار هاتين السلالتين فقط لمزيد من الدراسات ؛ التنميط البيولوجي ؛ الاستعمار من خلال البروتين الفلوري الأخضر (GFP) - البكتيريا الموسومة ؛ والتعبير الجيني nifH باستخدام التحليل الكمي لتفاعل البوليميراز المتسلسل في الوقت الفعلي (qRT - PCR). كشف التنميط الظاهري البيولوجي، الذي اشتمل على استخدام مصادر C و N، والتسامح مع الأسموليتات ودرجة الحموضة، عن براعة التمثيل الغذائي للسلالات المختارة. تم تقييم قدرة الاستعمار للسلالات المختارة عن طريق وضع علامات وراثية عليها ببلازميد معبر عن GFP - pPROBE - pTetr - OT. أظهرت نتائج qRT - PCR أن كلتا السلالتين لديهما القدرة على التعبير عن جين nifH في 90 و 120 يومًا، مقارنةً بالتحكم، في كل من أصناف قصب السكر GT11 و GXB9. لذلك، يمكن استخدام سلالاتنا المعزولة، P. koreensis و P. entomophila كملقحات أو في إنتاج الأسمدة الحيوية لتعزيز النمو والمواد المغذية، وكذلك لتحسين مستويات النيتروجين، في قصب السكر والمحاصيل الأخرى. هذه الدراسة، على حد علمنا، هي أول تقرير عن تنوع أنواع الزائفة المرتبطة بقصب السكر في قوانغشي، الصين.Translated Description (French)
L'étude a été conçue pour isoler et caractériser Pseudomonas spp. de la rhizosphère de la canne à sucre, et pour évaluer leurs caractères favorisant la croissance des plantes (PGP) et leur activité nitrogénase. Un microbe fixant l'azote biologique a un grand potentiel pour remplacer les engrais chimiques et être utilisé comme engrais biologique ciblé dans une plante. Au total, 100 isolats de la rhizosphère de la canne à sucre, appartenant à différentes espèces, ont été isolés ; parmi ceux-ci, 30 isolats ont été sélectionnés sur la base d'un dépistage préliminaire, pour des activités antagonistes in vitro contre les agents pathogènes de la canne à sucre et pour divers traits PGP, ainsi que pour l'activité de la nitrogénase. La production d'AIA variait de 312,07 à 13,12 μg mL-1 dans un milieu supplémenté en tryptophane, avec une production plus élevée dans la souche AN15 et plus faible dans la souche CN20. L'estimation de l'activité de l'ACC désaminase, des souches CY4 et BA2 a produit une activité maximale et minimale de 77,0 et 15,13 μmoL mg-1 h-1. Pour l'activité nitrogénase parmi les souches étudiées, CoA6 fixé plus élevé et AY1 fixé plus bas en quantités (108,30 et 6,16 μmoL C2H2 h-1 mL-1). Toutes les souches ont été identifiées sur la base du séquençage du gène de l'ARNr 16S, et la diversité phylogénétique des souches a été analysée. Les résultats ont identifié toutes les souches comme étant similaires à Pseudomonas spp. L'amplification par réaction en chaîne de la polymérase (PCR) des gènes nifH et antibiotiques suggérait que les souches amplifiées avaient la capacité de fixer l'azote et possédaient des activités de biocontrôle. Les comparaisons génotypiques des souches ont été déterminées par analyse du profil PCR BOX, ERIC et REP. Parmi tous les isolats criblés, CY4 (Pseudomonas koreensis) et CN11 (Pseudomonas entomophila) ont montré les traits PGP les plus importants, ainsi que l'activité nitrogénase. Par conséquent, seules ces deux souches ont été sélectionnées pour d'autres études ; profilage biologique ; colonisation par des bactéries marquées à la protéine fluorescente verte (GFP) ; et expression du gène nifH à l'aide d'une analyse quantitative en temps réel par réaction en chaîne de la polymérase (qRT-PCR). Le profilage phénotypique Biolog, qui comprenait l'utilisation de sources de C et N, et la tolérance aux osmolytes et au pH, a révélé la polyvalence métabolique des souches sélectionnées. La capacité de colonisation des souches sélectionnées a été évaluée en les marquant génétiquement avec un plasmide GFP-pPROBE-pTetr-OT. Les résultats de la qRT-PCR ont montré que les deux souches avaient la capacité d'exprimer le gène nifH à 90 et 120 jours, par rapport à un témoin, dans les deux variétés de canne à sucre GT11 et GXB9. Par conséquent, nos souches isolées, P. koreensis et P. entomophila, peuvent être utilisées comme inoculums ou dans la production de biofertilisants pour améliorer la croissance et les nutriments, ainsi que pour améliorer les niveaux d'azote, dans la canne à sucre et d'autres cultures. La présente étude, à notre connaissance, est le premier rapport sur la diversité des Pseudomonas spp. associés à la canne à sucre dans le Guangxi, en Chine.Translated Description (Spanish)
El estudio fue diseñado para aislar y caracterizar Pseudomonas spp. de la rizosfera de la caña de azúcar, y para evaluar sus rasgos promotores del crecimiento de las plantas (PGP) y la actividad de la nitrogenasa. Un microbio biológico fijador de nitrógeno tiene un gran potencial para reemplazar los fertilizantes químicos y ser utilizado como un biofertilizante específico en una planta. Se aislaron un total de 100 aislados de la rizosfera de la caña de azúcar, pertenecientes a diferentes especies; de estos, se seleccionaron 30 aislados sobre la base del cribado preliminar, para actividades antagonistas in vitro contra patógenos de la caña de azúcar y para varios rasgos de PGP, así como la actividad de la nitrogenasa. La producción de IAA varió de 312.07 a 13.12 μg mL-1 en medio suplementado con triptófano, con mayor producción en AN15 y menor en la cepa CN20. La estimación de la actividad de la ACC desaminasa, las cepas CY4 y BA2 produjeron una actividad máxima y mínima de 77.0 y 15.13 μmoL mg-1 h-1. Para la actividad nitrogenasa entre las cepas estudiadas, CoA6 se fijó más alto y AY1 se fijó más bajo en cantidades (108.30 y 6.16 μmoL C2H2 h-1 mL-1). Todas las cepas se identificaron sobre la base de la secuenciación del gen ARNr 16S y se analizó la diversidad filogenética de las cepas. Los resultados identificaron todas las cepas como similares a Pseudomonas spp. La amplificación por reacción en cadena de la polimerasa (PCR) de los genes nifH y antibióticos sugirió que las cepas amplificadas tenían la capacidad de fijar nitrógeno y poseían actividades de biocontrol. Las comparaciones genotípicas de las cepas se determinaron mediante el análisis del perfil de PCR BOX, ERIC y REP. De todos los aislados examinados, CY4 (Pseudomonas koreensis) y CN11 (Pseudomonas entomophila) mostraron los rasgos de PGP más prominentes, así como la actividad de la nitrogenasa. Por lo tanto, solo estas dos cepas se seleccionaron para estudios adicionales; Perfil biológico; colonización a través de bacterias marcadas con proteína fluorescente verde (GFP); y expresión génica nifH utilizando análisis cuantitativo de reacción en cadena de la polimerasa en tiempo real (qRT-PCR). El perfil fenotípico de Biolog, que comprendió la utilización de fuentes de C y N, y la tolerancia a osmolitos y pH, reveló la versatilidad metabólica de las cepas seleccionadas. La capacidad de colonización de las cepas seleccionadas se evaluó etiquetándolas genéticamente con un plásmido GFP-pPROBE-pTetr-OT que expresa constitutivamente. los resultados de qRT-PCR mostraron que ambas cepas tenían la capacidad de expresar el gen nifH a los 90 y 120 días, en comparación con un control, en ambas variedades de caña de azúcar GT11 y GXB9. Por lo tanto, nuestras cepas aisladas, P. koreensis y P. entomophila pueden usarse como inóculos o en la producción de biofertilizantes para mejorar el crecimiento y los nutrientes, así como para mejorar los niveles de nitrógeno, en la caña de azúcar y otros cultivos. El presente estudio, hasta donde sabemos, es el primer informe sobre la diversidad de Pseudomonas spp. asociada a la caña de azúcar en Guangxi, China.Files
pdf.pdf
Files
(4.2 MB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:415ec96ded3d11f056082fe453ef393d
|
4.2 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- التنوع الوراثي لتثبيت النيتروجين ونمو النبات الذي يعزز الأنواع الزائفة المعزولة عن غلاف جذمور قصب السكر
- Translated title (French)
- Diversité génétique des espèces de Pseudomonas fixant l'azote et favorisant la croissance des plantes isolées de la rhizosphère de la canne à sucre
- Translated title (Spanish)
- Diversidad genética de especies de pseudomonas fijadoras de nitrógeno y promotoras del crecimiento vegetal aisladas de la rizosfera de la caña de azúcar
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W2736254439
- DOI
- 10.3389/fmicb.2017.01268
References
- https://openalex.org/W1029176523
- https://openalex.org/W1646073726
- https://openalex.org/W1751502987
- https://openalex.org/W1840435607
- https://openalex.org/W1862331836
- https://openalex.org/W1920954877
- https://openalex.org/W1952326877
- https://openalex.org/W1964184380
- https://openalex.org/W1966614672
- https://openalex.org/W1969636029
- https://openalex.org/W1974756398
- https://openalex.org/W1975238364
- https://openalex.org/W1987571865
- https://openalex.org/W1992080964
- https://openalex.org/W1992640753
- https://openalex.org/W1993008201
- https://openalex.org/W1994666974
- https://openalex.org/W1998231556
- https://openalex.org/W1999970316
- https://openalex.org/W2003157293
- https://openalex.org/W2003668049
- https://openalex.org/W2006741921
- https://openalex.org/W2007554590
- https://openalex.org/W2012869131
- https://openalex.org/W2013740990
- https://openalex.org/W2017160633
- https://openalex.org/W2017458282
- https://openalex.org/W2023820265
- https://openalex.org/W2026018854
- https://openalex.org/W2029560481
- https://openalex.org/W2030966943
- https://openalex.org/W2031361355
- https://openalex.org/W2036363493
- https://openalex.org/W2038308266
- https://openalex.org/W2043692024
- https://openalex.org/W2047379700
- https://openalex.org/W2048473761
- https://openalex.org/W2050500094
- https://openalex.org/W2053024652
- https://openalex.org/W2056615254
- https://openalex.org/W2058065133
- https://openalex.org/W2058454344
- https://openalex.org/W2059014976
- https://openalex.org/W2060019067
- https://openalex.org/W2061503988
- https://openalex.org/W2067617196
- https://openalex.org/W2072883743
- https://openalex.org/W2073409179
- https://openalex.org/W2076760032
- https://openalex.org/W2080959332
- https://openalex.org/W2082317013
- https://openalex.org/W2082729296
- https://openalex.org/W2084022052
- https://openalex.org/W2091309425
- https://openalex.org/W2092268570
- https://openalex.org/W2097706568
- https://openalex.org/W2097929324
- https://openalex.org/W2098571040
- https://openalex.org/W2099148155
- https://openalex.org/W2099928569
- https://openalex.org/W2107277218
- https://openalex.org/W2109136767
- https://openalex.org/W2110149782
- https://openalex.org/W2114140963
- https://openalex.org/W2117757402
- https://openalex.org/W2119659450
- https://openalex.org/W2120700991
- https://openalex.org/W2121677860
- https://openalex.org/W2123582103
- https://openalex.org/W2133743584
- https://openalex.org/W2139595361
- https://openalex.org/W2139810696
- https://openalex.org/W2142493565
- https://openalex.org/W2147897291
- https://openalex.org/W2149544070
- https://openalex.org/W2150595816
- https://openalex.org/W2150957732
- https://openalex.org/W2155527932
- https://openalex.org/W2158614231
- https://openalex.org/W2160206693
- https://openalex.org/W2168542764
- https://openalex.org/W2170851817
- https://openalex.org/W221713648
- https://openalex.org/W2237531247
- https://openalex.org/W2311203695
- https://openalex.org/W2313032166
- https://openalex.org/W2337573201
- https://openalex.org/W2346917703
- https://openalex.org/W2442218781
- https://openalex.org/W2460639814
- https://openalex.org/W2591141906
- https://openalex.org/W2945455737
- https://openalex.org/W2970758768
- https://openalex.org/W3023912244
- https://openalex.org/W4241584876
- https://openalex.org/W4366330422
- https://openalex.org/W54027095
- https://openalex.org/W579830666
- https://openalex.org/W85006493