АНАЛИЗ БИОПЛЕНОК, СФОРМИРОВАННЫХ БАКТЕРИЯМИ РОДА AZOSPIRILLUM, В ПОЧВЕ1

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Штаммы Azospirillum baldaniorum Sp245 и A. brasilense Sp7 формировали моно- и многослойные биопленки на поверхности корней пшеницы, как в стерильных условиях гидропоники, так и в условиях нестерильной почвы. Для визуализации бактериальных биопленок in situ использовали производные этих штаммов, несущие плазмиду с геном флуоресцирующего белка GFP. Биопленки азоспирилл/компоненты их матрикса связывались с почвенными частицами, образуя в почве агрегаты, что влияло не только на ее структуру, но и на сцепление почвы с корнями растений. В условиях краткосрочной засухи в корневой системе растений, инокулированных азоспириллами, бактерии в биопленках, сформированных на поверхности эпидермиса корня и корневых волосков, продуцировали GFP. Высевы с корней этих растений показали, что колонии GFP+ являются азоспириллами. Инокуляция штаммами Sp7 и Sp245 положительно влияла на относительное содержание воды в листьях растений, находящихся в условиях, моделирующих краткосрочную засуху в почве.

Об авторах

А. А. Широков

Институт биохимии и физиологии растений и микроорганизмов, ФИЦ “Саратовский научный центр РАН” (ИБФРМ РАН)

Саратов, Россия

Д. И. Мокеев

Институт биохимии и физиологии растений и микроорганизмов, ФИЦ “Саратовский научный центр РАН” (ИБФРМ РАН)

Саратов, Россия

И. В. Волохина

Институт биохимии и физиологии растений и микроорганизмов, ФИЦ “Саратовский научный центр РАН” (ИБФРМ РАН)

Саратов, Россия

С. С. Евстинеева

Институт биохимии и физиологии растений и микроорганизмов, ФИЦ “Саратовский научный центр РАН” (ИБФРМ РАН); Саратовский государственный медицинский университет имени В.И. Разумовского Министерства здравоохранения Российской Федерации

Саратов, Россия; Саратов, Россия

И. В. Борисов

Институт биохимии и физиологии растений и микроорганизмов, ФИЦ “Саратовский научный центр РАН” (ИБФРМ РАН)

Саратов, Россия

Ю. А. Филипьечева

Институт биохимии и физиологии растений и микроорганизмов, ФИЦ “Саратовский научный центр РАН” (ИБФРМ РАН)

Саратов, Россия

Л. Ю. Матора

Институт биохимии и физиологии растений и микроорганизмов, ФИЦ “Саратовский научный центр РАН” (ИБФРМ РАН)

Саратов, Россия

А. Ю. Муратова

Институт биохимии и физиологии растений и микроорганизмов, ФИЦ “Саратовский научный центр РАН” (ИБФРМ РАН)

Саратов, Россия

Л. П. Петрова

Институт биохимии и физиологии растений и микроорганизмов, ФИЦ “Саратовский научный центр РАН” (ИБФРМ РАН)

Email: petrova_lp@mail.ru
Саратов, Россия

А. В. Шелудько

Институт биохимии и физиологии растений и микроорганизмов, ФИЦ “Саратовский научный центр РАН” (ИБФРМ РАН)

Email: shel71@yandex.ru
Саратов, Россия

Список литературы

  1. Баймиев Ан.Х., Ямиданов Р.С., Матниязов Р.Т., Благова Д.К., Баймиев Ал.Х., Чемерис А.В. Получение флуоресцентно меченых штаммов клубеньковых бактерий дикорастущих бобовых для их детекции in vivo и in vitro // Мол. биология. 2011. Т. 45. С. 984–991.
  2. Baymiev A.K., Yamidanov R.S., Matniyazov R.T., Blagova D.K., Baymiev Al.K., Chemeris A.V. Preparation of fluorescent labeled nodule bacteria strains of wild legumes for their detection in vivo and in vitro // Mol. Biol. 2011. V. 45. P. 904–910. https://doi.org/10.1134/S0026893311060033
  3. Евстигнеева С.С., Сигида Е.Н., Федоненко Ю.П., Коннова С.А., Игнатов В.В. Структурные особенности капсульных и О-полисахаридов бактерий Azospirillum brasilense Sp245 при изменении условий культивирования // Микробиология. 2016. Т. 85. С. 643‒651.
  4. Yevstigneyeva S.S., Sigida E.N., Fedonenko Y.P., Ignatov V.V., Konnova S.A. Structural properties of capsular and O-specific polysaccharides of Azospirillum brasilense Sp245 under varying cultivation conditions // Microbiology (Moscow). 2016. V. 85. P. 664–671. https://doi.org/10.1134/S0026261716060096
  5. Качинский Н.А. Механический и микроагрегатный состав почвы, методы его изучения. М.: Изд-во Академии наук СССР, 1958. 192 с.
  6. Матора Л.Ю., Шварцбурд Б.И., Щеголев С.Ю. Иммунохимический анализ О-специфических полисахаридов почвенных азотфиксирующих бактерий Azospirillum brasilense // Микробиология. 1998. Т. 67. С. 815–820.
  7. Matora L.Yu., Shvartsburd B.I., Shchegolev S.Yu. Immunochemical analysis of O-specific polysaccharides from the soil nitrogen-fixing bacterium Azospirillum brasilense // Microbiology (Moscow). 1998. V. 67. P. 677–681.
  8. Мокеев Д.И., Волохина И.В., Телешева Е.М., Евстигнеева С.С., Гринев В.С., Пылаев Т.Е., Петрова Л.П., Шелудько А.В. Анализ устойчивости к осмотическому стрессу биопленок почвенных бактерий Azospirillum brasilense // Микробиология. 2022. Т. 91. С. 695–707. https://doi.org/10.31857/S0026365622800230
  9. Mokeev D.I., Volokhina I.V., Telesheva E.M., Evstigneeva S.S., Grinev V.S., Pylaev T.E., Petrova L.P., Shelud’ko A.V. Resistance of biofilms formed by the soil bacterium Azospirillum brasilense to osmotic stress // Microbiology (Moscow). 2022. V. 91. P. 682–692. https://doi.org/10.1134/S0026261722601567
  10. Шелудько А.В., Филипьечева Ю.А., Телешева Е.М., Буров А.М., Евстигнеева С.С., Бурыгин Г.Л., Петрова Л.П. Характеристика углеводсодержащих компонентов биопленок Azospirillum brasilense Sp245 // Микробиология. 2018. Т. 87. C. 483–494.
  11. Shelud’ko A.V., Filip’echeva Y.A., Telesheva E.M., Burov A.M., Evstigneeva S.S., Burygin G.L., Petrova L.P. Characterization of carbohydrate-containing components of Azospirillum brasilense Sp245 biofilms // Microbiology (Moscow). 2018. V. 87. P. 610–620. https://doi.org/10.1134/S0026261718050156
  12. Шелудько А.В., Мокеев Д.И., Евстигнеева С.С., Филипьечева Ю.А., Буров А.М., Петрова Л.П., Пономарева Е.Г., Кацы Е.И. Анализ ультраструктуры клеток в составе биопленок бактерий Azospirillum brasilense // Микробиология. 2020. Т. 89. С. 59–73. https://doi.org/10.1134/S0026365620010140
  13. Shelud’ko A.V., Mokeev D.I., Evstigneeva S.S., Filip’echeva Yu.A., Burov A.M., Petrova L.P., Ponomareva E.G., Katsy E.I. Cell ultrastructure in biofilms of Azospirillum brasilense // Microbiology. 2020. V. 89. P. 50–63. https://doi.org/10.1134/S0026261720010142
  14. Ashraf A., Bano A., Ali S.A. Characterization of plant growth-promoting rhizobacteria from rhizosphere soil of heat-stressed and unstressed wheat and their use as bio-inoculant // Plant Biol. (Stuttg.). 2019. V. 21. P. 762–769. https://doi.org/ 10.1111/plb.12972
  15. Cámara M., Green W., MacPhee C.E., Rakowska P.D., Raval R., Richardson M.C., Slater-Jefferies J., Steventon K., Webb J.S. Economic significance of biofilms: a multidisciplinary and cross-sectoral challenge // Biofilms Microbiomes. 2022. V. 8. P. 42. https://doi.org/ 10.1038/s41522-022-00306-y
  16. Cortés-Patiño S., Vargas C., Álvarez-Flórez F., Bonilla R., Estrada-Bonilla G. Potential of Herbaspirillum and Azospirillum consortium to promote growth of perennial ryegrass under water // Microorganisms. 2021. V. 9. Art. 91. https://doi.org/10.3390/microorganisms9010091
  17. Del Gallo M., Haegi A. Characterization and quantification of exocellular polysaccharides in Azospirillum brasilense and Azospirillum lipoferum // Symbiosis. 1990. V. 9. P. 155–161.
  18. Döbereiner J., Day J.M. Associative symbiosis in tropical grass: characterization of microorganisms and dinitrogen fixing sites // Symposium on Nitrogen Fixation / Eds. Newton W.E., Nijmans C.J. Pullman: Washington State University Press, 1976. P. 518–538.
  19. Fukami J., Cerezini P., Hungria M. Azospirillum: benefits that go far beyond biological nitrogen fixation // AMB Expr. 2018. V. 8. P. 73–85. https://doi.org/10.1186/s13568-018-0608-1
  20. Haldar S., Sengupta S. Plant-microbe cross-talk in the rhizosphere: insight and biotechnological potential // Open Microbiol. J. 2015. V. 9. P. 1–7. https://doi.org/10.2174/1874285801509010001
  21. Hemdan B.A., El-Taweel G.E., Goswami P., Pant D., Sevda S. The role of biofilm in the development and dissemination of ubiquitous pathogens in drinking water distribution systems: an overview of surveillance, outbreaks, and prevention // World J. Microbiol. Biotechnol. 2021. V. 37. Art. 36. https://doi.org/10.1007/s11274-021-03008-3
  22. Hendriksen N.B. Microbial biostimulants – the need for clarification in EU regulation // Trends Microbiol. 2022. V. 30. P. 311‒313. https://doi.org/10.1016/j.tim.2022.01.008
  23. Kaci Y., Heyraud A., Barakat M., Heulin T. Isolation and identification of an EPS-producing Rhizobium strain from arid soil (Algeria): characterization of its EPS and the effect of inoculation on wheat rhizosphere soil structure // Res. Microbiol. 2005. V. 156. P. 522–531. https://doi.org/10.1016/j.resmic.2005.01.012
  24. Lipa P., Janczarek M. Phosphorylation systems in symbiotic nitrogen-fixing bacteria and their role in bacterial adaptation to various environmental stresses // Peer J. 2020. V. 8. Art. e8466. https://doi.org/10.7717/peerj.8466
  25. O’Toole G.A., Kolter R. Initiation of biofilm formation in Pseudomonas fluorescens WCS365 proceeds via multiple, convergent signalling pathways: a genetic analysis // Mol. Microbiol. 1998. V. 28. P. 449–461.
  26. Philippot L., Chenu C., Kappler A., Rillig M., Fierer N. The interplay between microbial communities and soil properties // Nat. Rev. Microbiol. 2024. V. 22. P. 226–239. https://doi.org/10.1038/s41579-023-00980-5
  27. Ramírez-Mata A., López-Lara L.I., Xiqui-Vázquez M.L., Jijón-Moreno S., Romero-Osorio A., Baca B.E. The cyclic-di-GMP diguanylate cyclase CdgA has a role in biofilm formation and exopolysaccharide production in Azospirillum brasilense // Res. Microbiol. 2016. V. 167. P. 190–201. https://doi.org/10.1016/j.resmic.2015.12.004
  28. Rostamian A., Moaveni P., Sadeghi-Shoae M., Mozafari H., Rajabzadeh F. Effective drought mitigation by rhizobacteria consortium in wheat field trials // Rhizosphere. 2023. V. 25. Art. 100653. https://doi.org/10.1016/j.rhisph.2022.100653
  29. Schloter M., Hartmann A. Endophytic and surface colonization of wheat roots (Triticum aestivum) by different Azospirillum brasilense strains studied with strain-specific monoclonal antibodies // Symbiosis. 1998. V. 25. P. 159–179.
  30. Shelud’ko A.V., Filip’echeva Y.A., Telesheva E.M., Yevstigneeva S.S., Petrova L.P., Katsy E.I. Polar flagellum of the alphaproteobacterium Azospirillum brasilense Sp245 plays a role in biofilm biomass accumulation and in biofilm maintenance under stationary and dynamic conditions // World J. Microbiol. Biotechnol. 2019. V. 35. Art. 19. https://doi.org/10.1007/s11274-019-2594-0
  31. Shelud’ko A., Volokhina I., Mokeev D., Telesheva E., Yevstigneeva S., Burov A., Tugarova A., Shirokov A., Burigin G., Matora L., Petrova L. Chromosomal gene of hybrid multisensor histidine kinase is involved in motility regulation in the rhizobacterium Azospirillum baldaniorum Sp245 under mechanical and water stress // World J. Microbiol. Biotechnol. 2023. V. 39. Art. 336. https://doi.org/10.1007/s11274-023-03785-z
  32. Shelud’ko A., Volokhina I., Mokeev D., Telesheva E., Filip’Echeva Y., Burov A., Borisov I., Shirokov A., Matora L., Petrova L. Multilevel analysis of biofilms of Azospirillum bacteria colonizing wheat roots under different water supply conditions // Rhizosphere. 2025. V. 33. Art. 101029. https://doi.org/10.1016/j.rhisph.2025.101029
  33. Shime-Hattori A., Kobayashi S., Ikeda S., Asano R., Shime H., Shinano T. A rapid and simple PCR method for identifying isolates of the genus Azospirillum within populations of rhizosphere bacteria // Appl. Microbiol. 2011. V. 111. P. 915–924. https://doi.org/10.1111/j.1365-2672.2011.05115.x
  34. Singh D., Thapa S., Singh J.P., Mahawar H., Saxena A.K., Singh S.K., Mahla H.R., Choudhary M., Parihar M., Choudhary K.B., Chakdar H. Prospecting the potential of plant growth-promoting microorganisms for mitigating drought stress in crop plants // Curr. Microbiol. 2024. V. 81. Art. 84. https://doi.org/10.1007/s00284-023-03606-4
  35. Skvortsov I.M., Ignatov V.V. Extracellular polysaccharides and polysaccharide-containing biopolymers from Azospirillum species: properties and the possible interaction with plant roots // FEMS Microbiol. Lett. 1998. V. 165. P. 223‒229.
  36. Tarrand J.J., Krieg N.R., Döbereiner J. A taxonomic study of the Spirillum lipoferum group with description of a new genus, Azospirillum gen. nov. and two species, Azospirillum lipoferum (Beijerinck) comb. nov. and Azospirillum braslense sp. nov. // Can. J. Microbiol. 1978. V. 24. P. 967–980.
  37. Viruega-Góngora V.I., Acatitla-Jácome I.S., Reyes-Carmona S.R., Baca B.E., Ramírez-Mata A. Spatio-temporal formation of biofilms and extracellular matrix analysis in Azospirillum brasilense // FEMS Microbiol. Lett. 2020. V. 367. Art. fnaa037. https://doi.org/10.1093/femsle/fnaa037
  38. Wang D., Xu A., Elmerich C., Ma L.Z. Biofilm formation enables free-living nitrogen-fixing rhizobacteria to fix nitrogen under aerobic conditions // ISME J. 2017. V. 11. P. 1602–1613. https://doi.org/ 10.1038/ismej.2017.30
  39. Zhang C., Gao N., Na X., Li K., Pu M., Sun H., Song Y., Peng T., Fei P., Li J., Cheng Z., He X., Liu M., Wang X., Kardol P., Bi Y. UV-B stress reshapes root-associated microbial communities and networks, driven by host plant resistance // Soil Biol. Biochem. 2025. V. 205. Art. 109767. https://doi.org/10.1016/j.soilbio.2025.109767

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2025

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».