Published July 28, 2022 | Version v1
Publication Open

Bacillus thuringiensis PM25 ameliorates oxidative damage of salinity stress in maize via regulating growth, leaf pigments, antioxidant defense system, and stress responsive gene expression

Creators

  • 1. Quaid-i-Azam University
  • 2. Government College University, Lahore
  • 3. Universidade Federal de Lavras
  • 4. King Saud University
  • 5. University of Agricultural Sciences and Veterinary Medicine of Cluj-Napoca
  • 6. Princess Nourah bint Abdulrahman University
  • 7. Al Jouf University

Description

Soil salinity is the major abiotic stress that disrupts nutrient uptake, hinders plant growth, and threatens agricultural production. Plant growth-promoting rhizobacteria (PGPR) are the most promising eco-friendly beneficial microorganisms that can be used to improve plant responses against biotic and abiotic stresses. In this study, a previously identified B. thuringiensis PM25 showed tolerance to salinity stress up to 3 M NaCl. The Halo-tolerant Bacillus thuringiensis PM25 demonstrated distinct salinity tolerance and enhance plant growth-promoting activities under salinity stress. Antibiotic-resistant Iturin C ( ItuC ) and bio-surfactant-producing ( sfp and srfAA ) genes that confer biotic and abiotic stresses were also amplified in B. thuringiensis PM25. Under salinity stress, the physiological and molecular processes were followed by the over-expression of stress-related genes (APX and SOD) in B. thuringiensis PM25. The results detected that B. thuringiensis PM25 inoculation substantially improved phenotypic traits, chlorophyll content, radical scavenging capability, and relative water content under salinity stress. Under salinity stress, the inoculation of B. thuringiensis PM25 significantly increased antioxidant enzyme levels in inoculated maize as compared to uninoculated plants. In addition, B. thuringiensis PM25-inoculation dramatically increased soluble sugars, proteins, total phenols, and flavonoids in maize as compared to uninoculated plants. The inoculation of B. thuringiensis PM25 significantly reduced oxidative burst in inoculated maize under salinity stress, compared to uninoculated plants. Furthermore, B. thuringiensis PM25-inoculated plants had higher levels of compatible solutes than uninoculated controls. The current results demonstrated that B. thuringiensis PM25 plays an important role in reducing salinity stress by influencing antioxidant defense systems and abiotic stress-related genes. These findings also suggest that multi-stress tolerant B. thuringiensis PM25 could enhance plant growth by mitigating salt stress, which might be used as an innovative tool for enhancing plant yield and productivity.

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

Translated Description (Arabic)

ملوحة التربة هي الإجهاد اللاأحيائي الرئيسي الذي يعطل امتصاص المغذيات، ويعيق نمو النبات، ويهدد الإنتاج الزراعي. تعد البكتيريا الجذرية المعززة لنمو النبات (PGPR) أكثر الكائنات الحية الدقيقة المفيدة للبيئة الواعدة التي يمكن استخدامها لتحسين استجابات النبات ضد الضغوط الحيوية واللاأحيائية. في هذه الدراسة، أظهر B. thuringiensis PM25 الذي تم تحديده سابقًا تحملًا لإجهاد الملوحة حتى 3 مل من كلوريد الصوديوم. أظهرت عصية ثورينجينسيس PM25 المقاومة للهالو تحملًا متميزًا للملوحة وتعزز أنشطة تعزيز نمو النبات تحت ضغط الملوحة. كما تم تضخيم جينات Iturin C (ItuC) المقاومة للمضادات الحيوية والجينات المنتجة للسطح الحيوي (sfp و srfAA) التي تمنح ضغوطًا حيوية وغير حيوية في B. thuringiensis PM25. تحت ضغط الملوحة، تبع العمليات الفسيولوجية والجزيئية التعبير المفرط للجينات المرتبطة بالإجهاد (APX و SOD) في B. thuringiensis PM25. كشفت النتائج أن تلقيح B. thuringiensis PM25 أدى إلى تحسن كبير في السمات الظاهرية، ومحتوى الكلوروفيل، وقدرة الكسح الجذرية، والمحتوى المائي النسبي تحت ضغط الملوحة. تحت ضغط الملوحة، أدى تلقيح B. thuringiensis PM25 إلى زيادة كبيرة في مستويات الإنزيم المضاد للأكسدة في الذرة الملقحة مقارنة بالنباتات غير الملقحة. بالإضافة إلى ذلك، أدى تطعيم B. thuringiensis PM25 إلى زيادة كبيرة في السكريات القابلة للذوبان والبروتينات والفينولات الكلية والفلافونويدات في الذرة مقارنة بالنباتات غير الملقحة. أدى تلقيح B. thuringiensis PM25 إلى تقليل الاندفاع التأكسدي بشكل كبير في الذرة الملقحة تحت ضغط الملوحة، مقارنة بالنباتات غير الملقحة. علاوة على ذلك، كان لمحطات B. thuringiensis PM25 الملقحة مستويات أعلى من المواد المذابة المتوافقة من الضوابط غير الملقحة. أظهرت النتائج الحالية أن B. thuringiensis PM25 يلعب دورًا مهمًا في تقليل إجهاد الملوحة من خلال التأثير على أنظمة الدفاع المضادة للأكسدة والجينات المرتبطة بالإجهاد اللاأحيائي. تشير هذه النتائج أيضًا إلى أن B. thuringiensis PM25 المتسامح مع الإجهاد المتعدد يمكن أن يعزز نمو النبات من خلال التخفيف من إجهاد الملح، والذي يمكن استخدامه كأداة مبتكرة لتعزيز إنتاجية النبات وإنتاجيته.

Translated Description (French)

La salinité du sol est le principal stress abiotique qui perturbe l'absorption des nutriments, entrave la croissance des plantes et menace la production agricole. Les rhizobactéries favorisant la croissance des plantes (PGPR) sont les micro-organismes bénéfiques écologiques les plus prometteurs qui peuvent être utilisés pour améliorer les réponses des plantes contre les stress biotiques et abiotiques. Dans cette étude, un B. thuringiensis PM25 précédemment identifié a montré une tolérance au stress salin jusqu'à 3 M NaCl. Le Bacillus thuringiensis PM25 tolérant aux halos a démontré une tolérance distincte à la salinité et améliore les activités favorisant la croissance des plantes sous stress salin. Des gènes résistants aux antibiotiques produisant de l'iturine C (ItuC) et des bio-surfactants ( sfp et srfAA) qui confèrent des stress biotiques et abiotiques ont également été amplifiés chez B. thuringiensis PM25. Sous stress de salinité, les processus physiologiques et moléculaires ont été suivis par la surexpression des gènes liés au stress (APX et SOD) chez B. thuringiensis PM25. Les résultats ont détecté que l'inoculation de B. thuringiensis PM25 améliorait considérablement les traits phénotypiques, la teneur en chlorophylle, la capacité de piégeage des radicaux et la teneur relative en eau sous stress salin. Sous stress salin, l'inoculation de B. thuringiensis PM25 a significativement augmenté les niveaux d'enzymes antioxydantes dans le maïs inoculé par rapport aux plantes non inoculées. De plus, l'inoculation de B. thuringiensis PM25 a considérablement augmenté les sucres solubles, les protéines, les phénols totaux et les flavonoïdes dans le maïs par rapport aux plantes non inoculées. L'inoculation de B. thuringiensis PM25 a significativement réduit l'éclatement oxydatif chez le maïs inoculé sous stress salin, par rapport aux plantes non inoculées. De plus, les plantes inoculées à B. thuringiensis PM25 présentaient des niveaux plus élevés de solutés compatibles que les témoins non inoculés. Les résultats actuels ont démontré que B. thuringiensis PM25 joue un rôle important dans la réduction du stress salin en influençant les systèmes de défense antioxydants et les gènes liés au stress abiotique. Ces résultats suggèrent également que B. thuringiensis PM25, tolérant au stress multiple, pourrait améliorer la croissance des plantes en atténuant le stress salin, ce qui pourrait être utilisé comme un outil innovant pour améliorer le rendement et la productivité des plantes.

Translated Description (Spanish)

La salinidad del suelo es el principal estrés abiótico que interrumpe la absorción de nutrientes, dificulta el crecimiento de las plantas y amenaza la producción agrícola. Las rizobacterias promotoras del crecimiento vegetal (PGPR) son los microorganismos beneficiosos ecológicos más prometedores que se pueden utilizar para mejorar las respuestas de las plantas contra el estrés biótico y abiótico. En este estudio, un PM25 de B. thuringiensis previamente identificado mostró tolerancia al estrés de salinidad de hasta 3 M de NaCl. El Bacillus thuringiensis PM25 tolerante al halo demostró una clara tolerancia a la salinidad y mejoró las actividades que promueven el crecimiento de las plantas bajo estrés por salinidad. Los genes de Iturina C ( ItuC ) resistentes a los antibióticos y productores de biotensioactivos ( sfp y srfAA ) que confieren estrés biótico y abiótico también se amplificaron en B. thuringiensis PM25. Bajo estrés por salinidad, los procesos fisiológicos y moleculares fueron seguidos por la sobreexpresión de genes relacionados con el estrés (APX y SOD) en B. thuringiensis PM25. Los resultados detectaron que la inoculación de PM25 de B. thuringiensis mejoró sustancialmente los rasgos fenotípicos, el contenido de clorofila, la capacidad de eliminación de radicales y el contenido relativo de agua bajo estrés por salinidad. Bajo estrés por salinidad, la inoculación de B. thuringiensis PM25 aumentó significativamente los niveles de enzimas antioxidantes en el maíz inoculado en comparación con las plantas no inoculadas. Además, la inoculación de PM25 de B. thuringiensis aumentó drásticamente los azúcares solubles, las proteínas, los fenoles totales y los flavonoides en el maíz en comparación con las plantas no inoculadas. La inoculación de B. thuringiensis PM25 redujo significativamente el estallido oxidativo en el maíz inoculado bajo estrés por salinidad, en comparación con las plantas no inoculadas. Además, las plantas inoculadas con B. thuringiensis PM25 tenían niveles más altos de solutos compatibles que los controles no inoculados. Los resultados actuales demostraron que B. thuringiensis PM25 desempeña un papel importante en la reducción del estrés por salinidad al influir en los sistemas de defensa antioxidantes y los genes relacionados con el estrés abiótico. Estos hallazgos también sugieren que B. thuringiensis PM25 tolerante al estrés múltiple podría mejorar el crecimiento de las plantas al mitigar el estrés salino, lo que podría usarse como una herramienta innovadora para mejorar el rendimiento y la productividad de las plantas.

Files

pdf.pdf

Files (4.3 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
md5:9b98b6b3142b5f5bcecb9ea6fc841b6a
4.3 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
تعمل عصية ثورينجينسيس PM25 على تخفيف الضرر التأكسدي لإجهاد الملوحة في الذرة عن طريق تنظيم النمو وأصباغ الأوراق ونظام الدفاع المضاد للأكسدة والتعبير الجيني المستجيب للإجهاد
Translated title (French)
Bacillus thuringiensis PM25 améliore les dommages oxydatifs du stress salin chez le maïs en régulant la croissance, les pigments foliaires, le système de défense antioxydant et l'expression génique sensible au stress
Translated title (Spanish)
Bacillus thuringiensis PM25 mejora el daño oxidativo del estrés por salinidad en el maíz mediante la regulación del crecimiento, los pigmentos de las hojas, el sistema de defensa antioxidante y la expresión génica sensible al estrés

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4288080540
DOI
10.3389/fpls.2022.921668

Is supplement to
https://openalex.org/W4387854787 (Other)
https://openalex.org/W4365805892 (Other)
https://openalex.org/W4206010529 (Other)
https://openalex.org/W3198284362 (Other)
https://openalex.org/W3156153093 (Other)
https://openalex.org/W3133007940 (Other)
https://openalex.org/W3033694412 (Other)
https://openalex.org/W2387952510 (Other)
https://openalex.org/W2131040395 (Other)
https://openalex.org/W2008091757 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Pakistan

References

  • https://openalex.org/W146748993
  • https://openalex.org/W1561988039
  • https://openalex.org/W1583489850
  • https://openalex.org/W1595101876
  • https://openalex.org/W167995987
  • https://openalex.org/W1842909822
  • https://openalex.org/W1964683396
  • https://openalex.org/W1977418430
  • https://openalex.org/W1990729744
  • https://openalex.org/W1992039827
  • https://openalex.org/W1995846905
  • https://openalex.org/W2006829154
  • https://openalex.org/W2011751592
  • https://openalex.org/W2013740990
  • https://openalex.org/W2023115358
  • https://openalex.org/W2051582159
  • https://openalex.org/W2055955565
  • https://openalex.org/W2059912693
  • https://openalex.org/W2067428060
  • https://openalex.org/W2067477145
  • https://openalex.org/W2076126166
  • https://openalex.org/W2088483903
  • https://openalex.org/W2095478872
  • https://openalex.org/W2107277218
  • https://openalex.org/W2114696661
  • https://openalex.org/W2119890355
  • https://openalex.org/W2148717014
  • https://openalex.org/W2149116450
  • https://openalex.org/W2157071141
  • https://openalex.org/W2189778804
  • https://openalex.org/W2190742276
  • https://openalex.org/W2192080449
  • https://openalex.org/W2223175412
  • https://openalex.org/W2225519891
  • https://openalex.org/W2237531247
  • https://openalex.org/W2279578644
  • https://openalex.org/W2281998595
  • https://openalex.org/W2283153055
  • https://openalex.org/W2342308095
  • https://openalex.org/W2345505371
  • https://openalex.org/W2469512219
  • https://openalex.org/W2472209285
  • https://openalex.org/W2499971493
  • https://openalex.org/W2511053189
  • https://openalex.org/W2511615992
  • https://openalex.org/W2516967985
  • https://openalex.org/W2517760099
  • https://openalex.org/W2519998013
  • https://openalex.org/W2531745328
  • https://openalex.org/W2547016729
  • https://openalex.org/W2550799873
  • https://openalex.org/W2559626869
  • https://openalex.org/W2587532465
  • https://openalex.org/W2593607504
  • https://openalex.org/W2608985635
  • https://openalex.org/W2610735241
  • https://openalex.org/W2620449103
  • https://openalex.org/W2621443012
  • https://openalex.org/W2705555500
  • https://openalex.org/W2752635081
  • https://openalex.org/W2755607578
  • https://openalex.org/W2772963741
  • https://openalex.org/W2792541453
  • https://openalex.org/W2793602457
  • https://openalex.org/W2799394048
  • https://openalex.org/W2803090900
  • https://openalex.org/W2804284588
  • https://openalex.org/W2884454027
  • https://openalex.org/W2898083948
  • https://openalex.org/W2898810474
  • https://openalex.org/W2899045900
  • https://openalex.org/W2902840906
  • https://openalex.org/W2914620648
  • https://openalex.org/W2929839925
  • https://openalex.org/W2944570900
  • https://openalex.org/W2947957165
  • https://openalex.org/W2947978988
  • https://openalex.org/W2958468720
  • https://openalex.org/W2962937418
  • https://openalex.org/W2963488487
  • https://openalex.org/W2965405647
  • https://openalex.org/W2981186177
  • https://openalex.org/W3011288947
  • https://openalex.org/W3011888540
  • https://openalex.org/W3015080500
  • https://openalex.org/W3017770754
  • https://openalex.org/W3035900406
  • https://openalex.org/W3083012311
  • https://openalex.org/W3085693788
  • https://openalex.org/W3088160754
  • https://openalex.org/W3097587743
  • https://openalex.org/W3108138602
  • https://openalex.org/W3108214424
  • https://openalex.org/W3113648930
  • https://openalex.org/W3122269432
  • https://openalex.org/W3127175161
  • https://openalex.org/W3127970351
  • https://openalex.org/W3130504317
  • https://openalex.org/W3131199048
  • https://openalex.org/W3139256281
  • https://openalex.org/W3152054330
  • https://openalex.org/W3154306892
  • https://openalex.org/W3158775686
  • https://openalex.org/W3158968262
  • https://openalex.org/W3160608111
  • https://openalex.org/W3162330768
  • https://openalex.org/W3166604649
  • https://openalex.org/W3199683328
  • https://openalex.org/W3199953739
  • https://openalex.org/W3200371707
  • https://openalex.org/W3207257972
  • https://openalex.org/W3211800210
  • https://openalex.org/W4200146855
  • https://openalex.org/W4210296916
  • https://openalex.org/W4210711937
  • https://openalex.org/W4210776878
  • https://openalex.org/W4229951940
  • https://openalex.org/W4252381868
  • https://openalex.org/W4283277801
  • https://openalex.org/W4283383749
  • https://openalex.org/W4285249611
  • https://openalex.org/W808960637