Khuyến khích sự phát triển của cây trồng và Penicillium citrinum

BMC Microbiology - Tập 8 Số 1 - 2008
Shaukat Khan1, Muhammad Hamayun2, Hye-Kyung Yoon1, Ho-Youn Kim3, Sungho Suh1, Seon‐Kap Hwang1, Jong-Myeong Kim1, In‐Jung Lee2, Yeon‐Sik Choo4, Ung-Han Yoon4, Won-Sik Kong5, Byung-Moo Lee6, Jong-Guk Kim1
1Department of Life Science and Biotechnology, Kyungpook National University, South Korea
2Department of Agronomy, Kyungpook National University, South Korea
3Department of Horticulture, University of California, Davis, USA
4Department of Biology, Kyungpook National University, South Korea
5Department of Herbal Crop Research, National Institute of Horiticultural & Herbal Science, RDA, South Korea
6Department of Agricultural Bio-resource, National Academy of Agricultural Science, RDA, South Korea

Tóm tắt

Tóm tắt Giới thiệu

Nấm nội sinh được biết đến như là những ký sinh vật cộng sinh của cây trồng. Chúng sản xuất ra nhiều loại hợp chất có lợi cho sự phát triển và sinh tồn của cây, cũng như bảo vệ cây khỏi sự tấn công của một số loại tác nhân gây bệnh. Cồn cát ven biển thường thiếu hụt dinh dưỡng và cung cấp môi trường khắc nghiệt, mặn cho sự tồn tại của hệ thực vật và động vật. Nấm nội sinh có thể đóng vai trò quan trọng trong sự sống còn của cây bằng cách tăng cường việc hấp thụ dinh dưỡng và sản xuất ra các hợp chất kích thích sự phát triển như gibberellin và auxin. Chúng tôi đã sàng lọc rễ của Ixeris repenes (L.) A. Gray, một loại cây cồn cát phổ biến, để tách chiết nấm nội sinh tiết ra gibberellin.

 Kết quả

Chúng tôi đã tách chiết 15 loại nấm nội sinh từ rễ của Ixeris repenes và sàng lọc chúng theo các hợp chất thứ cấp thúc đẩy sự phát triển. Đặc biệt, mẫu nấm IR-3-3 cho kết quả tăng trưởng cây tối đa khi được áp dụng cho giống lúa waitha-c và cây giống Atriplex gemelinii. Phân tích dịch lọc văn hóa của IR-3-3 cho thấy sự hiện diện của các gibberellin có hoạt tính sinh lý, GA1, GA3, GA4 và GA7 (1,95 ng/ml, 3,83 ng/ml, 6,03 ng/ml và 2,35 ng/ml, tương ứng) cùng với các gibberellin không có hoạt tính sinh lý khác như GA5, GA9, GA12, GA15, GA19, GA20 và GA24. Khả năng thúc đẩy sự phát triển cây và sản xuất gibberellin của IR-3-3 cao hơn nhiều so với loại dại Gibberella fujikuroi, được sử dụng làm đối chứng trong nghiên cứu hiện tại. GA5, một tiền chất của GA3 có hoạt tính sinh học đã được báo cáo lần đầu tiên ở nấm. Mẫu nấm IR-3-3 được xác định là một chủng mới của Penicillium citrinum (được đặt tên là P. citrinum KACC43900) thông qua phân tích phát sinh chủng loài của trình tự 18S rDNA.

Từ khóa


Tài liệu tham khảo

Tudzunski B: Fungal phytohormones in pathogenic and mutualistic associations. The Mycota, Plant Relationship, Part A. Edited by: Esser K, Lemke PA. 1997, Springer-Verlag, Berlin, V: 167-184.

Ogas J: Gibberellins. Current Biology. 2000, 10: R48-R48. 10.1016/S0960-9822(00)00292-X.

Radely M: Occurrences of substances similar to gibberellic acid in higher plants. Nature. 1956, 178: 1070-1071. 10.1038/1781070a0.

Nishijima T, Koshioka M, Yamazaki H, Miura H, Mander LN: Endogenous gibberellins and bolting in cultivars of japanese radish. Acta Hort (ISHS). 1995, 394: 199-206.

Martin GC: The Biochemistry and Physiology of Gibberellins. Edited by: Crozier A. 1983, Praeger, New York, 2: 395-444.

MacMillan J: Occurrence of gibberellins in vascular plants, fungi and bacteria. J Plant Growth Regul. 2002, 20: 387-442. 10.1007/s003440010038.

Kawaide H: Biochemical and molecular analysis of gibberellin biosynthesis in fungi. Biosci Biotechnol Biochem. 2006, 70: 583-590. 10.1271/bbb.70.583.

Tejesvi MV, Kini KR, Prakash HS, Ven Subbiah, Shetty HS: Genetic diversity and antifungal activity of species of Pestalotiopsis isolated as endophytes from medicinal plants. Fungal Diversity. 2007, 24: 37-54.

Carroll GC: The biology of endophytism in plants with particular reference to woody perennials. Microbiology of the Phyllosphere. Edited by: Fokkema NJ, Van Den Heuvel J. 1986, Cambridge University Press, Cambridge UK, 205-222.

Sánchez Márquez, Bills GF, Zabalgogeazcoa I: The endophytic mycobiota of the grass Dactylis glomerata. Fungal Diversity. 2007, 27: 171-195.

Gonthier P, Gennaro M, Nicolotti G: Effects of water stress on the endophytic mycota of Quercus robur. Fungal Diversity. 2006, 21: 69-80.

Rodriguez R, Redman R: More than 400 million years of evolution and some plants still can't make it on their own: plant stress tolerance via fungal symbiosis. J Exp Bot. 2008, 59: 1109-1114. 10.1093/jxb/erm342.

Redman RS, Dunigan DD, Rodriguez RJ: Fungal symbiosis: from mutualism to parasitism, who controls the outcome, host or invader?. New Phytologist. 2001, 151: 705-716. 10.1046/j.0028-646x.2001.00210.x.

Redman RS, Sheehan KB, Stout RG, Rodriguez RJ, Henson JM: Thermotolerance conferred to plant host and fungal endophyte during mutualistic symbiosis. Science. 2002, 298: 1581-10.1126/science.1072191.

Arnold AE, Mejia LC, Kyllo D, Rojas E, Maynard Z, Robbins N, Herre EA: Fungal endophytes limit pathogen damage in a tropical tree. PNAS. 2003, 100: 15649-15654. 10.1073/pnas.2533483100.

Waller F, Achatz B, Baltruschat H, Fodor J, Becker K, Fischer M, Heier T, Huckelhoven R, Neumann C, Von Wettstein D, Franken P, Kogel KH: The endophytic fungus Piriformis indica reprograms barley to salt-stress tolerance, disease resistance, and higher yield. PNAS. 2005, 102: 13386-13391. 10.1073/pnas.0504423102.

Marquez LM, Redman RS, Rodriguez RJ, Roossinck MJ: A virus in a fungus in a plant–three way symbioses required for thermal tolerance. Science. 2007, 315: 513-515. 10.1126/science.1136237.

Schulz B, Boyle C: The endophytic continuum. Mycol Res. 2005, 109: 661-686. 10.1017/S095375620500273X.

Dutta T, Sahoo R, Sengupta R, Ray SS, Bhattacharjee A, Ghosh S: Novel cellulases from an extremophilic filamentous fungi Penicillium citrinum: production and characterization. J Ind Microbiol Biotechnol. 2007, 35: 275-282. 10.1007/s10295-008-0304-2.

Duncan SM, Farell RL, Thwaites JM, Held BW, Arenz BE, Jurgens JA, Blanchette RA: Endoglucanase-producing fungi isolated from Cape Evans historic expedition hut on Ross island, Antarctica. Env Microbio. 2006, 8: 1212-1219. 10.1111/j.1462-2920.2006.01013.x.

Kuramata M, Fujioka S, Shimada A, Kawano T, Kimura Y: Citrinolactones A, B and C and Sclerotonin C, plant growth promoters from Penicillium citrinum. Biosci Biotechnol Biochem. 2007, 71: 499-503. 10.1271/bbb.60538.

Comerio R, Pinto VEF, Vaamonde G: Influence of water activity on Penicillium citrinum growth and kinetics of citrinin accumulation in wheat. Int J Food Microbiol. 1998, 42: 219-223. 10.1016/S0168-1605(98)00081-6.

Wakiyama M, Tanaka H, Yoshihara K, Hayashi S, Ohta K: Purification and Properties of Family-10 Endo-1,4-β-Xylanase from Penicillium citrinum and Structural Organization of Encoding Gene. J Biosci Bioeng. 2008, 105 (4): 367-374. 10.1263/jbb.105.367.

Girard M, Lavoie C, Theriault M: The regeneration of a highly disturbed ecosystem: a mined peat land in southern Quebec. Ecosystems. 2002, 5: 274-288. 10.1007/s10021-001-0071-7.

Kim KD: Invasive plants on disturbed Korean sand dunes. Estuarine Coastal and Shelf Science. 2005, 62: 353-364. 10.1016/j.ecss.2004.09.023.

Kunkel G: Plants for Human Consumption. Koeltz Scientific Books. 1984

Hamayun M, Khan SA, Kim HY, Chaudhary MF, Hwang YH, Shin DH, Kim IK, Lee BH, Lee IJ: Gibberellin Production and Plant Growth Enhancement by Newly Isolated Strain of Scolecobasidium tshawytschae. J Microbiol Biotechnol. 2008,

Choi WY, Rim SO, Lee JH, Lee JM, Lee IJ, Cho KJ, Rhee IK, Kwon JB, Kim JG: Isolation of gibberellins producing fungi from the root of several Sesamum indicum plants. J Microbiol Biotechnol. 2005, 15: 22-28.

Higgs RE, James AZ, Jeffrey DG, Matthew DH: Rapid method to estimate the presence of secondary metabolites in microbial extracts. Appl Environ Microbiol. 2001, 67: 371-376. 10.1128/AEM.67.1.371-376.2001.

Cragg GM, Newman DJ, Snader KM: Natural products in drug discovery and development. J Nat Prod (Lloydia). 1997, 60: 52-60. 10.1021/np9604893.

Mitchell AM, Strobel GA, Hess WM, Vargas PN, Ezra D: Muscodor crispans, a novel endophyte from Ananas ananassoides. in the Bolivian Amazon. Fungal Diversity. 2008, 31: 37-43.

Kumar DSS, Lau CS, Wan JMF, Yang D, Hyde KD: Immunomodulatory compounds from Pestalotiopsis leucothës (HKUCC 10197), an endophytic fungus of Tripterygium wilfordii. Life Sciences. 2005, 78: 147-156. 10.1016/j.lfs.2005.04.050.

Katona ZF, Sass P, Nolnar-Perl I: Simultaneous determination of sugars, sugar alcohols, acids and amino acids in apricots by gas chromatography-mass spectrometry. Anal Biochem. 1999, 266: 77-84. 10.1006/abio.1998.2906.

Roessner U, Wagner C, Kopka J, Trethewey RN, Willmitzer L: Simultaneous analysis of metabolites in potato tuber by gas chromatography-mass spectrometry. Plant J. 2000, 23: 131-142. 10.1046/j.1365-313x.2000.00774.x.

Careri M, Bianchini F, Corradini C: Recent advances in the application of mass spectrometry in food-related analysis. J Chrom A. 2002, 970: 3-64. 10.1016/S0021-9673(02)00903-2.

Saevels S, Lammertyn J, Berna AZ, Veraverbeke EA, Di Natale C, Nicolai BM: An electronic nose and a mass spectrometry-based electronic nose for assessing apple quality during shelf life. Postharvest Biol Technol. 2004, 31: 9-19. 10.1016/S0925-5214(03)00129-7.

Cohen JD, Baldi BG, Slovin JP: '3C6 [benzene ringJ-indole-3-acetic acid: a new internal standard for quantitative mass spectral analysis of indole-3-acetic acid in plants. Plant Physiol. 1986, 80: 14-19. 10.1104/pp.80.1.14.

Cohen JD, Bausher MG, Bialek K, Buta JG, Gocal GFW , Janzen LM, Pharis RP, Reed AN, Slovin JP: Comparison of a Commercial ELISA Assay for Indole-3-Acetic Acid at Several Stages of Purification and Analysis by Gas Chromatography-Selected Ion Monitoring-Mass Spectrometry Using a '3C6-Labeled Internal Standard. Plant Physiol. 1987, 84: 982-986. 10.1104/pp.84.4.982.

Schmelz EA, Engelberth J, Alborn HT, O'Donnell P, Sammons M, Toshima H, Tumlinson JH: Simultaneous Analysis of Phytohormones, Phytotoxins, and Volatile Organic Compounds in Plants. PNAS USA. 2003, 100: 10552-10557. 10.1073/pnas.1633615100.

Franck C, Lammertyn J, Nicolaï B: Metabolic Profiling Using GC-MS to Study Biochemical Changes during Long-Term Storage of Pears. the Proc 5th Int Postharvest Symp. Acta Hort. Edited by: Mencarelli F, Tonutti P. 2005, 682: 1991-1998.

Hao C, Zhao X, Yang P: GC-MS and HPLC-MS analysis of bioactive pharmaceuticals and personal-care products in environmental matrices. Trends Anal Chem. 2007, 26: 569-580. 10.1016/j.trac.2007.02.011.

Sugita T, Nishikawa A: Fungal identification method based on DNA sequence analysis. Reassessment of the methods of the pharmaceutical society of Japan and the Japanese pharmacopoeia. J Health Sci. 2003, 49: 531-533. 10.1248/jhs.49.531.

Promputtha I, Jeewon R, Lumyong S, McKenzie EHC, Hyde KD: Ribosomal DNA fingerprinting in the identification of non sporulating endophytes from Magnolia liliifera (Magnoliaceae). Fungal Diversity. 2005, 20: 167-186.

Promputtha I, Jeewon R, Lumyong S, McKenzie EHC, Hyde KD: A phylogenetic evaluation of whether endophytes become saprophytes at host senenscence. Microbial Ecol. 2007, 53: 579-590. 10.1007/s00248-006-9117-x.

Lee JS, Lee HK, Hur JS, Andreev M, Hong SG: Diversity of the Lichenized Fungi in King George Island, Antarctica, Revealed by Phylogenetic Analysis of Partial Large Subunit rDNA Sequences. J Microbiol Biotechnol. 2008, 18: 1016-1023.

Kim KS, Lee YS: Rapid and accurate species-specific detection of Phytophthora infestans through analysis of ITS regions in its rDNA. J Microbiol Biotechnol. 2000, 10: 651-655. 10.1159/000016110.

Lee HG, Lee JY, Lee DH: Cloning and characterization of the ribosomal RNA gene from Gonyaulax polyerdra. J Microbiol Biotechnol. 2001, 11: 515-523.

Guo LD, Hyde KD, Liew ECY: Detection and Taxonomic Placement of Endophytic Fungi within Frond Tissues of Livistona chinensis Based on rDNA Sequences. Mol Phy Evo. 2001, 20: 1-13. 10.1006/mpev.2001.0942.

Yang C, Khuri S: PTC: An Interactive Tool for Phylogenetic Tree Construction. Proc Comp Sys Bioinfo. 2003

Yamada A, Ogura T, Degawa Y, Ohmasa M: Isolation of Tricholoma matsutake and T. bakamatsutake cultures from field-collected ectomycorrhizas. Mycoscience. 2001, 42: 43-50. 10.1007/BF02463974.

Modess O: Zur Kenntins der Mykorrhizabildner von Kiefer und Fichte. Symb Bot Upsal. 1941, 5: 1-146.

Hasan HAH: Gibberellin and auxin production plant root fungi and their biosynthesis under salinity-calcium interaction. Rostlinna vyroba. 2002, 48 (1): 101-106.

Bayman B, Lebron LL, Tremblay RL, Lodge DJ: Variation in endophytic fungi from roots and leaves of Lepanthes (Orchidaceae). New Phytol. 1997, 135: 143-149. 10.1046/j.1469-8137.1997.00618.x.

Vazquez MM, Cesar S, Azcon R, Barea JM: Interaction between arbuscular mycorrhizal fungi and other microbial inoculants (Azospirillum, Pseudomonas, Trichoderma) and their effects on microbial population and enzyme activities in the rhizosphere of maize plants. Appl Soil Ecol. 2000, 15: 261-272. 10.1016/S0929-1393(00)00075-5.

Mineo L: Plant tissue culture techniques. Tested studies in laboratory teachings Proc ABLE. 1990, 11: 151-174.

Lee IJ, Foster K, Morgan PW: Photoperiod control of gibberellin levels and flowering in sorghum. Plant Physiol. 1998, 116: 1003-1011. 10.1104/pp.116.3.1003.

Tamura K, Dudley J, Nei M, Kumar S: Molecular Evolutionary Genetics Analysis (MEGA) software version 4.0. Mol Bio Evo. 2007, 1596-1599. 10.1093/molbev/msm092.

Thông tin
Thông tin xuất bản

BMC Microbiology

Tập 8 Số 1

Thông tin tác giả