Изучение влияния бактерий рода Pseudomonas на рост и токсинопродуцирование гриба Fusarium graminearum in vitro

   Цель. Изучить потенциал бактерий штаммов P. chlororaphis BZR 245‐F и Pseudomonas sp. BZR 523‐2 для ингибирования роста возбудителей фузариоза колоса на примере гриба F. graminearum и снижения накопления дезоксиниваленола (ДОН) и зеараленона (ЗЕН) in vitro.

   Материалы и методы. Анализ антигрибных метаболитов бактерий рода Pseudomonas осуществляли методом тонкослойной хроматографии и биоавтографии. Опыт по влиянию жидкой культуры и супернатанта бактерий на рост и токсинопродуцирование гриба F. graminearum in vitro проводили на зерне пшеницы. Анализ зерна на микотоксины осуществлялся методом ВЭЖХ‐МСВР.

   Результаты. Обнаружена способность штаммов P. chlororaphis BZR 245‐F и Pseudomonas sp. BZR 523‐2 продуцировать антигрибные метаболиты, при этом происходит ингибирование роста гриба F. graminearum 60318 in vitro. Содержание ДОН снижается как под действием жидкой культуры и супернатанта бактерий P. chlororaphis BZR 245‐F на 60 % и 70 %, соответственно, так и жидкой культуры и супернатанта бактерий Pseudomonas sp.BZR 523‐2 на 75 % и 90 %, соответственно. Накопление ЗЕН также значительно подавляется под влиянием жидких культур и супернатантов бактериальных штаммов. Количество ЗЕН снижается под действием жидкой культуры и супернатанта бактерий P. chlororaphis BZR 245‐F на 80 % и 95 %, соответственно. Жидкая культура и супернатант бактерий Pseudomonas sp. BZR 523‐2 подавляют накопление ЗЕН на 60 % и 84 %, соответственно.

   Заключение. Полученные результаты по исследованию влияния жидких культур и супернатантов бактерий штаммов P. chlororaphis BZR 245‐F и Pseudomonas sp.BZR 523‐2 на рост и токсинопродуцирование гриба F. graminearum 60318 in vitro позволяют рассматривать данные штаммы в качестве потенциальных продуцентов эффективных биофунгицидов против токсинопродуцирующих грибов. Необходимо провести дальнейшее изучение данных штаммов бактерий in vitro и in vivo на растениях.

1. Khan M.K., Pandey A., Athar T., Choudhary S., Deval R., Gezgin S., Hamurcu M., Topal A., Atmaca E., Santos P.A., Makbule Rumeysa Omay M.R., Suslu H., Gulcan K., Inanc M., Akkaya M.S., Kahraman A., Thomas G. Fusarium head blight in wheat: contemporary status and molecular approaches // Biotech. 2020. V.10. P. 160–172. doi: 10.1007/s13205-020-2158-x

2. Mielniczuk E., Skwaryło‐Bednarz B. Fusarium head blight, mycotoxins and strategies for their reduction // Agronomy. 2020. V. 10(4). P. 497–509. doi: 10.3390/agronomy10040509

3. Miedaner T., Gwiazdowska D., Waśkiewicz A. Editorial: Management of Fusarium species and their mycotoxins in cereal food and feed // Frontiers in Microbiology. 2017. V. 8. P. 1543. doi: 10.3389/fmicb.2017.01543

4. Захаренко В.А. Использование пестицидов в аграрном секторе России в контексте развития глобальных рынков средств защиты растений // Агрохимия. 2020. N 3. С. 43–48. doi: 10.31857/S000218812003014X

5. Naz R., Khushhal S., Asif T., Mubeen S., Saranraj P., Sayyed R.Z. Inhibition of bacterial and fungal phytopathogens through volatile organic compounds produced by Pseudomonas sp. In: Sayyed R.Z., Uarrota V.G., eds. Secondary metabolites and volatiles of PGPR in plant‐growth promotion // Springer. 2022. V. 7. P. 56–69. doi: 10.1007/978-3-031-07559-9_6

6. Сидорова Т.М., Аллахвердян В.В., Асатурова А.М. Роль бактерий рода Pseudomonas и их метаболитов в биоконтроле фитопатогенных микроорганизмов // Агрохимия. 2023. T. 5. C. 94–104. URL: https://elibrary.ru/urytyx?ysclid=lr6apidgxi152065507

7. Zboralski А., Saadia Н., Novinscak А., Filion М. Interplay between arabidopsis thaliana genotype, plant growth and rhizosphere colonization by phytobeneficial phenazine‐producing Pseudomonas chlororaphis // Microorganisms. 2022. V. 10. P. 66–81. doi: 10.3390/microorganisms10030660

8. Thacharodi A., Priyadharshini R., Karthikeyan G., Jeganathan C., Reghu A.P., Pugazhendhi A. Extraction, purification and characterization of phenazine from Pseudomonas aeruginosa isolate of wastewater sources: a panacea towards clinical pathogens // Applied Nanoscience. 2021. V. 16. URL: https://link.springer.com/article/10.1007/s13204-021-01944-y

9. Zhao F., Wang B., Yuan M., Ren S. Comparative study on antimicrobial activity of mono‐rhamnolipid and di‐rhamnolipid and exploration of cost‐effective antimicrobial agents for agricultural applications // Microb Cell Fact. 2022. V. 21. P. 221–237. doi: 10.1186/s12934-022-01950-x

10. Geudens N., Martins J.C. Cyclic lipopeptides from Pseudomonas spp.‐biological swiss army knives // Frontiers in Microbiology. 2018. V. 9. doi: 10.3389/fmicb.2018.01867

11. Daura‐Pich O., Hernández I., Pinyol‐Escala L., Lara J.M., Martínez‐Servat S., Fernández C., López‐García B. No antibiotic and toxic metabolites produced by the biocontrol agent Pseudomonas putida strain B2017 // Microbiology Letters. 2020. V. 3. P. 367–386. doi: 10.1093/femsle/fnaa075

12. Palazzini J.M., Alberione E., Torres A., Donat C., Köhl J., Chulze S. Biological control of Fusarium graminearum sensu stricto, causal agent of Fusarium Head Blight of wheat, using formulated antagonists under field conditions in Argentina // Biological Control. 2016. V. 94. P. 56–61. doi: 10.1016/j.biocontrol.2015.12.009

13. Liang N., Charron J.B., Jabaji S. Comparative transcriptome analysis reveals the biocontrol mechanism of Bacillus velezensis E68 against Fusarium graminearum DAOMC 180378, the causal agent of Fusarium head blight // PLoS ONE. 2023. V. 18(1). Article ID: e0277983. doi: 10.1371/journal.pone.0277983

14. Chen A‐H., Tofazzal I., Zhong‐H. M.A. An integrated pest management program for managing fusarium head blight disease in cereals // Journal of integrative Agriculture. 2022. V. 21(12). P. 3434–3444. doi: 10.1016/j.jia.2022.08.053

15. Kumari S., Khanna V., Sharma N. Characterization and biological evaluation of phenazine produced by antagonistic pseudomonads against Fusarium oxysporum f. sp.ciceris // International Journal of Pest Management. 2022. V. 3. P. 1–14. doi: 10.1080/09670874.2022.2084176

16. Rathore R., Vakharia D.N., Rathore D.S. In vitro screening of different Pseudomonas fluorescens isolates to study lytic enzyme production and growth inhibition during antagonism of Fusarium oxysporum f. sp. cummi, wilt causing pathogen of cumin // Egyptian Journal of Biological Pest Control. 2020. V. 30. P. 57–83. URL: https://ejbpc.springeropen.com/articles/10.1186/s41938-020-00259-4

17. Huang R., Feng Z., Chi X., Sun X., Lu Y., Zhang B., Lu R., Luo W., Wang Y., Miao J., Ge Y. Pyrrolnitrin is more essential than phenazines for Pseudomonas chlororaphis G05 in its suppression of Fusarium graminearum // Microbiological Reseapch. 2018. V. 215. P. 55–64. doi: 10.1016/j.micres.2018.06.008

18. Соколов Г.Д., Глинушкин А.П. Антагонисты фитопатогенного гриба Fusarium graminearum // Микология и фитопатология. 2017. Т. 51. С. 191–201.

19. Гагкаева Т.Ю., Гарилова О.П., Николаев И.Н., Лаптев Т.Ю. Возможности биодеградации микотоксинов, образуемых грибами рода Fusarium // Микология сегодня. 2016. Т. 3. С. 202–238.

20. Singh P., Singh R.K., Zhou Y., Wang J., Jiang Y., Shen N., Wang Y., Lifang Yang L., Jiang M. Unlocking the strength of plant growth promoting Pseudomonas in improving crop productivity in normal and challenging environments: a review // Journal of Plant Interactions. 2022. V. 17. P. 220–238. doi: 10.1080/17429145.2022.2029963

21. Feizollahi E., Roopesh M.S. Mechanisms of deoxynivalenol (DON) degradation during different treatments: a review // Critical Reviews in Food Science and Nutrition. 2021. V. 62. P. 5903–5924. doi: 10.1080/10408398.2021.1895056

22. Pinto A.C.S.M., De Pierri C.R., Evangelista A.G., Gomes A.S.d.L.P.B., Luciano F.B. Deoxynivalenol: Toxicology, Degradation by Bacteria, and Phylogenetic Analysis // Toxins. 2022. V. 14. P. 90–114. doi: 10.3390/toxins14020090

23. Tian Y., Zhang D., Cai P., Lin H., Ying H., Hu Q.‐N., Wu A. Elemination of Fusarium mycotoxin desoxynivalenol (DON) via microbial and enzymatic strategies: current status and future perspectives // Trends in foodscience & technology. 2022. V. 124. P. 96–107. doi: 10.1016/j.tifs.2022.04.002

24. Chen Y., Wang J., Yang N., Wen Z., Sun X., Chai Y., Ma Z. Wheat microbiome bacteria can reduce virulence of a plant pathogenic fungus by altering histone acetylation // Nature communications. 2018. V. 9. P. 3429. doi: 10.1038/s41467-018-05683-7

25. Shi K., Yang P., Li J., Wu H., Li K., Guan S. Biocontrol of Fusarium graminearum growth and deoxynivalenol production in wheat grains using bacterial antagonists // International journal of environmental research and public health. 2014. V. 11(1). P. 1094–1105. doi: 10.3390/ijerph110101094

26. Sidorova 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 a modified bioautography method // Agricultural Biology. 2019. V. 54. P. 178–185. doi: 10.15389/agrobiology.2019.1.178rus

27. Тринеева О.В. Методы и перспективы определения микотоксинов в лекарственном растительном сырье // Разработка и регистрация лекарственных средств. 2020. V. 9. P. 67–109. doi: 10.33380/2305-2066-2020-9-3-67-109

28. Muthukumar A., Suthin Ray T., Prabhukarthikeyan S.R., Naveen Kumar R., Keerthana U. New and future developments in microbial biotechnology and bioengineering. Chapter 6 – Pseudomonas and Bacillus: a biological tool for crop protection // Sustaible agriculture: advances in microbe – based biostimulants. 2022. P. 145–158. URL: https://shop.elsevier.com/books/new-and-future-developments-in-microbial-biotechnology-and-bioengineering/singh/978-0-323-85577-8

29. Serafim B., Bernardino A.R., Freitas F., Torres C.A.V. Recent Developments in the Biological Activities, Bioproduction, and Applications of Pseudomonas spp. phenazines // Molecules. 2023. V. 28(3). P. 1368. doi: 10.3390/molecules28031368

30. DeBritto S., Gajbar T.D., Satapute P., et al. Isolation and characterization of nutrient dependent pyocyanin from Pseudomonas aeruginosa and its dye and agrochemical properties // Scientific Reports. 2020. P. 15–32. doi: 10.1038/s41598-020-58335-6