ecodagЮг России: экология, развитиеSouth of Russia: ecology, development1992-10982413-0958State Institute of Applied Ecology of the Republic of Dagestan10.18470/1992-1098-2023-2-70-81ecodag-2830Research ArticleЭКОЛОГИЯ МИКРООРГАНИЗМОВИзучение метаболитов новых перспективных штаммов бактерий‐антагонистов рода Bacillus для повышения эффективности биопрепаратов фунгицидного действия на их основеThe study of metabolites of new promising strains of bacterial‐antagonists of the genus Bacillus to increase the effectiveness of fungicidal biological products based on themhttps://orcid.org/0000-0002-7297-5929ТомашевичН. С.TomashevichN. S.

Краснодар

Krasnodar

https://orcid.org/0000-0003-4281-5278СидороваТ. М.SidorovaT. M.

Краснодар

Krasnodar

https://orcid.org/0000-0002-8679-6139АллахвердянВ. В.AllahverdyanV. V.

Валерия В. Аллахвердян, м.н.с. лаборатории микробиологической защиты растений

350039 г. Краснодар, п/о‐39.

Тел. +79648950107

Valeria V. Allahverdyan, junior researcher laboratory of microbiological plant protection

350039 Krasnodar, p/o‐39.

Tel. +79648950107

lera_arm@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-0060-1995АсатуроваА. М.AsaturovaA. M.

Краснодар

Krasnodar

Федеральный научный центр биологической защиты растенийРоссияFederal Research Centre of Biological Plant ProtectionRussian Federation20231107202318270‐81Copyright © Томашевич Н.С., Сидорова Т.М., Аллахвердян В.В., Асатурова А.М., 20232023Томашевич Н.С., Сидорова Т.М., Аллахвердян В.В., Асатурова А.М.Tomashevich N.S., Sidorova T.M., Allahverdyan V.V., Asaturova A.M.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://ecodag.elpub.ru/ugro/article/view/2830Цель

Цель. Изучить метаболомный профиль перспективных для разработки биофунгицидов штаммов бактерий рода Bacillus с использованием методов тонкослойной хроматографии (ТСХ), биоавтографии и высокоэффективной жидкостной хроматографии с масс‐спектрометрией (ВЭЖХ‐МС).

Материалы и методы

Материалы и методы. Объекты исследования – штаммы бактерий рода Bacillus. Из жидкой культуры выделяли экзометаболиты и анализировали их метаболомный профиль методами ТСХ, биоавтографии и ВЭЖХ‐МС.

Результаты

Результаты. Методом биоавтографии с тест‐культурой гриба F. oxysporum var. orthoceras BZR F6 идентифицированы метаболиты штаммов бактерий рода Bacillus сурфактин, итурин и фенгицин. Количественный анализ с применением ВЭЖХ‐МС анализа позволяет констатировать, что штаммы B. velenzensis BZR 336g и B. amyloliquefaciens BZR 277 продуцируют больше сурфактина, чем другие. Обнаружено повышенное содержание липопептидов итуриновой природы у штаммов B. velezensis BZR 517 и B. velenzensis BZR 336g. По способности продуцировать фенгицины штаммы B. velezensis BZR 517 и B. velenzensis BZR 336g, опережают другие штаммы.

Заключение

Заключение. Исследования с использованием двух аналитических методов позволяют обнаружить, что штаммы продуцируют все три антигрибных липопептида. Это важно, поскольку метаболиты способны не только подавлять фитопатогенные грибы, но и усиливать антигрибной эффект за счет синергизма. Полученные результаты позволяют констатировать о возможности использования всех четырех штаммов в качестве продуцентов эффективных биофунгицидов.

Aim

Aim. To study the metabolomic profile of bacterial strains of the genus Bacillus promising for the development of biofungicides using thin layer chromatography (TLC), bioautography and high performance liquid chromatography with mass spectrometry (HPLC‐MS).

Materials and Methods

Materials and Methods. The objects of study are strains of bacteria of the genus Bacillus. Exometabolites were isolated from the liquid culture and their metabolomic profile was analyzed by TLC, bioautography, and HPLC‐MS.

Results

Results. By the method of bioautography with a test culture of the fungus F. oxysporum var. orthoceras BZR F6 metabolites of bacterial strains of the genus Bacillus surfactin, iturin and fengycin were identified. Quantitative analysis using HPLC‐MS analysis allows us to state that the B. velenzensis BZR 336g and B. amyloliquefaciens BZR 277 strains produce more surfactin than the others. An increased content of ituric lipopeptides was found in strains B. velezensis BZR 517 and B. velenzensis BZR 336g. According to the ability to produce fengycins, strains of B. velezensis BZR 517 and B. velenzensis BZR 336g are ahead of other strains.

Conclusion

Conclusion. Studies using two analytical methods reveal that the strains produce all three antifungal lipopeptides. This is important, since metabolites are able not only to suppress phytopathogenic fungi, but also to enhance the antifungal effect due to synergism. The results obtained allow us to state the possibility of using all four strains as producers of effective biofungicides. 

МетаболитыBacillus velezensisантигрибные липопептидыгазовая хроматография‐масс‐спектрометрияметаболомный профильMetabolitesBacillus velezensisantifungal lipopeptidesgas chromatography‐mass spectrometrymetabolomic profileИсследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 21‐76‐00040, https://rscf.ru/project/21‐ 76‐00040/ Авторы выражают благодарность Международному томографическому центру Сибирского Отделения Российской Академии Наук за выполнение хроматографических профилей с применением метода ВЭЖХ‐МС.The study was supported by Russian Science Foundation grant No. 21‐76‐00040, https://rscf.ru/project/21‐76‐00040/ The authors express their gratitude to the International Tomographic Centre of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences for performing chromatographic profiles using the HPLC‐MS method.ReferencesHarwood C.R., Mouillon J.‐M., Pohl S., Arnau J. Secondary metabolite production and the safety of industrially important members of the Bacillus subtilis group // FEMS Microbiology Reviews. 2018. V. 42. P. 721–738. https://doi.org/10.1093/femsre/fuy028Harwood C.R, Mouillon J.‐M., Pohl S., Arnau J. Secondary metabolite production and the safety of industrially important members of the Bacillus subtilis group. FEMS Microbiology Reviews, 2018, vol. 42, pp. 721–738. https://doi.org/10.1093/femsre/fuy028Cидорова Т.М., Асатурова А.М., Хомяк А.И. Биологически активные метаболиты Bacillus subtilis и их роль в контроле фитопагенных микроорганизмов (обзор) // Сельскохозяйственная биология. 2018. Т. 53. N 1. С. 29–37. https://doi.org/10.15389/agrobiology.2018.1.29rusSidorova T.M., Asaturova A.M., Khomyak A.I. Biologically active metabolites of Bacillus subtilis and their role in the control of phytopathogenic microorganisms (review). Agricultural biology, 2018, vol. 53, no. 1, pp. 29–37. (In Russian) https://doi.org/10.15389/agrobiology.2018.1.29rusМаксимов И.И., Сингх Б.П., Черепанова Е.А., Бурханова Г.Ф., Хайруллин Р.М. Перспективы применения бактерий – продуцентов липопептидов для защиты растений (обзор) // Прикладная биохимия и микробиология. 2020. Т. 56. N 1. С. 19–34. https://doi.org/10.31857/S0555109920010134Maksimov I.I., Singh B.P., Cherepanova E.A., Burhanova G.F., Hajrullin R.M. Prospects and applications of lipopeptideproducing bacteria for plant protection (review). Applied biochemistry and microbiology, 2020, vol. 56, no. 1, pp. 19–34. (In Russian) https://doi.org/10.31857/S0555109920010134Fira D., Dimkić I., Berić T., Lozo J., Stanković S. Biological control of plant pathogens by Bacillus species // Journal of biotechnology. 2018. Т. 285. P. 44–55. DOI: 10.3389/fmicb.2017.00925Fira D., Dimkić I., Berić T., Lozo J., Stanković S. Biological control of plant pathogens by Bacillus species. Journal of biotechnology, 2018, vol. 285, pp. 44–55. DOI: 10.3389/fmicb.2017.00925Dimkić I., Stanković S., Nišavić M., Petković M., Ristivojević P., Fira D., Berić T. The profile and antimicrobial activity of Bacillus lipopeptide extracts of five potential biocontrol strains // Frontiers in microbiology. 2017. V. 8. P. 92–105. DOI: 10.3389/fmicb.2017.00925Dimkić I., Stanković S., Nišavić M., Petković M., Ristivojević P., Fira D., Berić T. The profile and antimicrobial activity of Bacillus lipopeptide extracts of five potential biocontrol strains. Frontiers in microbiology, 2017, vol. 8, pp. 92–105. DOI: 10.3389/fmicb.2017.00925Асатурова А.М., Дубяга В.М. Штамм бактерий Bacillus subtilis для получения биопрепарата против фитопатогенных грибов. Пат. 2553518 РФ № RU2013151377/10A заявл. 20.11.2013; опубл. 20.06.2015.Asaturova A.M., Dubyaga V.M. Shtamm bakterii Bacillus subtilis dlya polucheniya biopreparata protiv fitopatogennykh gribov [A strain of Bacillus subtilis bacteria for obtaining a biological preparation against phytopathogenic fungi]. Patent 2553518 RF № RU2013151377/10A, 2015. (In Russian)УНУ «Технологическая линия для получения микробиологических средств защиты растений нового поколения». URL: https://ckp‐rf.ru/catalog/usu/671367/ (дата обращения: 15.02.2023)UNU "Technological line for obtaining microbiological plant protection products of a new generation". Available at: https://ckp‐rf.ru/catalog/usu/671367/) (accessed 15.02.2023)Нетрусов Ф.И. Практикум по микробиологии. М.: Издательский центр «Академия», 2005. 608 с.Netrusov F.I. Praktikum po mikrobiologii [Microbiology Workshop]. Moscow, Akademiya Publ., 2005, 608 p. (In Russian)Сидорова Т.М., Асатурова А.М., Хомяк А.И., Томашевич Н.С. Выделение и характеристика антигрибных метаболитов штаммов Bacillus subtilis BZR 336g и Bacillus subtilis BZR 517 модифицированным методом биоавтографии // Сельскохозяйственная биология. 2019. Т. 54. С. 178–185. https://doi.org/10.15389/agrobiology.2019.1.178rusSidorova T.M., Asaturova A.M., Khomyak A.I., Tomashevich N.S. Isolation and characterization of antifungal metabolites of Bacillus subtilis BZR 336g and Bacillus subtilis BZR 517 strains by modified bioautography method. Agricultural biology, 2019, vol. 54, рр. 178–185. (In Russian) https://doi.org/10.15389/agrobiology.2019.1.178rusHosh A., Cimpoiu C. Evaluation of various biological activities of natural compounds by TLC/HPTLC // Journal of Liquid Chromatography & Related Technologies. 2020. V. 43. Р. 305–318. https://doi.org/10.1080/10826076.2020.1725548Hosh A., Cimpoiu C. Evaluation of various biological activities of natural compounds by TLC/HPTLC. Journal of Liquid Chromatography & Related Technologies, 2020, vol. 43, pp. 305–318. https://doi.org/10.1080/10826076.2020.1725548Yanshole V.V., Yanshole L.V., Snytnikova O.A., Tsentalovich Y.P. Quantitative metabolomic analysis of changes in the lens and aqueous humor under development of age‐related nuclear cataract // Metabolomics. 2019. V. 15. Article number: 29. https://doi.org/10.1007/s11306‐019‐1495‐4Yanshole V.V., Yanshole L.V., Snytnikova O.A., Tsentalovich Y.P. Quantitative metabolomic analysis of changes in the lens and aqueous humor under development of age‐related nuclear cataract. Metabolomics, 2019, vol. 15, article number: 29. https://doi.org/10.1007/s11306‐019‐1495‐4Бережная А.В., Евдокимова О.В., Валентович Л.Н., Сверчкова Н.В., Титок М.А., Коломиец Э.И. Молекулярногенетический и функциональный анализ генома бактерий Bacillus velezensis БИМ в‐439д // Прикладная биохимия и микробиология. 2019. Т. 55. N 4. С. 366–377. https://doi.org/10.1134/S05551099190Berezhnaya A.V., Yevdokimova O.V., Valentovich L.N., Sverchkova N.V., Titok M.A., Kolomiyets E.I. Molecular genetic and functional analysis of the genome of Bacillus velezensis bacteria BIM in B‐439D. Applied biochemistry and microbiology, 2019, vol. 55, no. 4, рр. 366–377. https://doi.org/10.1134/S05551099190Théatre A., Cano‐Prieto C., Bartolini M., Laurin Y., Deleu M., Niehren J., Fida T., Gerbinet S., Alanjary M., Medema M.H., Léonard A., Lins L., Arabolaza A., Gramajo H., Gross H., Jacques P. The surfactin‐like lipopeptides from Bacillus spp.: natural biodiversity and synthetic biology for a broader application range // Frontiers in Bioengineering and Biotechnology. 2021. V. 2. N 9. Article number: 623701. DOI: 10.3389/fbioe.2021.623701Théatre A., Cano‐Prieto C., Bartolini M., Laurin Y., Deleu M., Niehren J., Fida T., Gerbinet S., Alanjary M., Medema M.H., Léonard A., Lins L., Arabolaza A., Gramajo H., Gross H., Jacques P. The surfactin‐like lipopeptides from Bacillus spp.: natural biodiversity and synthetic biology for a broader application range. Frontiers in Bioengineering and Biotechnology, 2021, vol. 2, no. 9, article number: 623701. DOI: 10.3389/fbioe.2021.623701Goswami M., Deka S. Biosurfactant production by a rhizosphere bacteria Bacillus altitudinis MS16 and its promising emulsification and antifungal activity // Colloids Surf B Biointerfaces. 2019. V. 178. Р. 285–296. DOI: 10.1016/j.colsurfb.2019.03.003Goswami M., Deka S. Biosurfactant production by a rhizosphere bacteria Bacillus altitudinis MS16 and its promising emulsification and antifungal activity. Colloids Surf B Biointerfaces, 2019, vol. 178, pp. 285–296. https://doi.org/10.1016/j.colsurfb.2019.03.003

The authors declare that there are no conflicts of interest present.