Quy định của quá trình tổng hợp IAA trong Azospirillum brasilense dưới các điều kiện stress môi trường

Current Microbiology - Tập 75 - Trang 1408-1418 - 2018
Romina Molina1, Diego Rivera1, Verónica Mora1, Gastón López1, Susana Rosas1, Stijn Spaepen2,3, Jos Vanderleyden2, Fabricio Cassán1
1Universidad Nacional de Río Cuarto, Córdoba, Argentina
2Katholieke Universiteit Leuven, Leuven, Belgium
3Max Planck Institute for Plant Breeding Research, Plant Microbe Interactions, Cologne, Germany

Tóm tắt

Axít Indole-3-acetic (IAA) là một trong những phân tử quan trọng được sản xuất bởi Azospirillum sp., với ảnh hưởng đến sự phát triển và tăng trưởng của cây trồng. Các chủng Azospirillum brasilense Sp245 và Az39 (pFAJ64) đã được ủ trước trong môi trường MMAB cộng với 100 mg/mL L-tryptophan và được điều trị hoặc tiếp xúc với các tác nhân gây stress (a) vô sinh và (b) sinh học: (a) 100 mM NaCl hoặc Na2SO4, 4.0% (w/v) PEG6000, 0.5 mM H2O2, 0.1 mM axít abscisic, 0.1 mM axít 1-aminocyclopropane 1-carboxylic, 45 °C hoặc ánh sáng ban ngày, và (b) 4.0% (v/v) dịch lọc Pseudomonas savastanoi (Ps) hoặc Fusarium oxysporum (Fo), 0.1 mM axít salicylic (SA), 0.1 mM axít methyl jasmonic (MeJA), và 0.01% (w/v) chitosan (CH). Sau 30 và 120 phút ủ, sản xuất sinh khối, khả năng sống sót của tế bào, nồng độ IAA (µg/mL) và biểu hiện gen ipdC đã được đo lường. Kết quả của chúng tôi cho thấy rằng sản xuất IAA tăng lên với ánh sáng ban ngày hoặc trong sự hiện diện của PEG6000, ABA, SA, CH và Fo. Ngược lại, sự tiếp xúc với 45 °C hoặc điều trị bằng H2O2, NaCl, Na2SO4, ACC, MeJA, và Ps làm giảm quá trình sinh tổng hợp IAA. Trong báo cáo này, sự phát triển và tổng hợp IAA trong A. brasilense dưới các điều kiện stress sinh học và vô sinh được thảo luận từ góc độ vai trò của chúng trong lối sống của vi khuẩn và tiềm năng ứng dụng của chúng như những sản phẩm sinh học.

Từ khóa

#IAA #Azospirillum #sinh học thực vật #stress môi trường #sinh khối #biểu hiện gen ipdC

Tài liệu tham khảo

Ahmad P, Rasool S, Gul A, Sheikh SA, Akram NA, Ashraf M, Kazi AM, Gucel S (2016) Jasmonates: multifunctional roles in stress tolerance. Front Plant Sci 7:813 Baldani V, Alvarez M, Baldani J, Döbereiner J (1986) Establishment of inoculated Azospirillum spp. in the rhizosphere and in roots of field grown wheat and sorghum. Plant Soil 90:35–46 Barbieri P, Galli E (1993) Effect on wheat root development of inoculation with an Azospirillum brasilense mutant with altered indole-3-acetic acid production. Res Microbiol 144:69–75 Bashan Y (1998) Inoculants of plant growth-promoting bacteria for use in agriculture. Biotechnol Adv 16(4):729–770 Bashan Y, de-Bashan L (2010) How the plant growth-promoting bacterium Azospirillum promotes plant growth—a critical assessment. Adv Agron 108:77–136 Blaha D, Prigent-Combaret C, Mirza MS, Moënne-Loccoz Y (2006) Phylogeny of the 1-aminocyclopropane-1-carboxylic acid deaminase-encoding gene acdS in phytobeneficial and pathogenic proteobacteria and relation with strain biogeography. FEMS Microbiol Ecol 56:455–470 Bottini R, Fulchieri M, Pearce D, Pharis RP (1989) Identification of gibberellins A1, A3, and iso-A3 in cultures of Azospirillum lipoferum. Plant Physiol 90(1):45–47 Brandl MT, Lindow SE (1996) Cloning and characterization of a locus encoding an indolepyruvate decarboxylase involved in indole-3-acetic acid synthesis in Erwinia herbicola. Appl Environ Microbiol 62:4121–4128 Cesari AB, Paulucci NS, Biasutti MA, Reguera YB, Gallarato LA, Kilmurray C, Dardanelli MS (2016) Reorganization of Azospirillum brasilense cell membrane is mediated by lipid composition adjustment to maintain optimal fluidity during water deficit. J Appl Microbiol 120(1):185–194 Cohen A, Bottini R, Piccoli P (2008) Azospirillum brasilense Sp245 produces ABA in chemically-defined culture medium and increases ABA content in arabidopsis plants. Plant Growth Regul 54(2):97–103 Creus CM, Pereyra MA, Casanovas EM, Sueldo RJ, Barassi CA (2010) Plant growth-promoting effects of rhizobacteria on abiotic stressed plants. Azospirillum-grasses model. AmJPSB 4:49–59 Crozier A, Arruda P, Jasmim JM, Monteiro AM, Sandberg G (1988) Analysis of indole-3-acetic acid and related indoles in culture medium from Azospirillum lipoferum and Azospirillum brasilense. Appl Environ Microbiol 54:2833–2837 Dobbelaere S, Croonenborghs A, Thys A, Vande Broek A, Vanderleyden J (1999) Phytostimulatory effect of Azospirillum brasilense wild type and mutant strains altered in IAA production on wheat. Plant Soil 212:155–164 Horemans S, Koninck K, Neuray J, Hermans R, Vlassak K (1986) Production of plant growth substances by Azospirillum sp. and other rhizosphere bacteria. Symbiosis 2:341–346 Jefferson RA (1987) Assaying chimeric genes in plants: the GUS gene fusion system. Plant Mol Biol Rep 5:387–405 Jensen JB, Egsgaard H, Van Onckelen H, Jochimsen BU (1995) Catabolism of indole-3-acetic acid and 4- and 5-chloroindole-3-acetic acid in Bradyrhizobium japonicum. J Bacteriol 177(20):5762–5766 Kolb W, Martin P (1985) Response of plant roots to inoculation with Azospirillum brasilense and to application of indole acetic acid. In: Klingmüller W (ed) Azospirillum III: genetics, physiology, ecology. Springer, Berlin, pp 215–221 Kloepper J, Lifshitz R, Zablotowicz R (1989) Free-living bacterial inocula for enhancing crop productivity. Trends Biotechnol 7:39–44 Madkour MA, Smith LT, Smith GM (1990) Preferential osmolyte accumulation: a mechanism of osmotic stress adaptation in diazotrophic bacteria. Appl Environ Microbiol 56(9):2876–2881 Miller JH (1972) Experiments in molecular genetics. Cold Spring Harbor Laboratory, Cold Spring Harbor Molina R, Monzón L, Rivera D, Obando M, Paris G, Cassán F (2014) The effects of light on Azospirillum brasilense Az39. In: Valverde C, Ramirez C, Cassan F (eds) 2do Taller Latinoamericano sobre Rizobacterias Promotoras del Crecimiento de Plantas, pp 77–81 Nabti E, Sahnoune M, Adjrad S, Van Dommelen A, Ghoul M, Schmid M, Hartmann A (2007) A halophilic and osmotolerant Azospirillum brasilense strain from Algerian soil restores wheat growth under saline conditions. Eng Life Sci 7:354–360 Okon Y, Vanderleyden J (1997) Root-associated Azospirillum species can stimulate plants. ASM News 63:366–370 Ona O, Van Impe J, Prinsen E, Vanderleyden J (2005) Growth and indole-3-acetic acid biosynthesis of Azospirillum brasilense Sp245 is environmentally controlled. FEMS Microbiol Lett 246(1):125–132 Patten C, Glick B (1996) Bacterial biosynthesis of indole 3-acetic acid. Can J Microbiol 42:207–220 Perrig D, Boiero ML, Masciarelli OA, Penna C, Ruiz OA, Cassán FD, Luna MV (2007) Plant-growth-promoting compounds produced by two agronomically important strains of Azospirillum brasilense, and implications for inoculant formulation. Appl Microbiol Biotechnol 75(5):1143–1150 Pilet PE, Chollet R (1970) Sur le dosage colorimetrique de l’acide indolylacetique. C R Acad Sci Ser D 271:1675–1678 Prinsen E, Costacurta A, Michiels K, Vanderleyden J, Van Onckelen H (1993) Azospirillum brasilense indole-3-acetic acid biosynthesis: evidence for a non-tryptophan dependent pathway. Mol Plant Microbe Interact 6:609–609 Ray PM (1960) The destruction of indoleacetic acid. III. Relationships between peroxidase and indoleacetic acid oxidation. Arch Biochem Biophys 87:19–30 Reed S, Koren V, Smith M, Zhang Z, Moreda F, Seo DJ, DMIP Participants (2004) Overall distributed model intercomparison project results. J Hydrol 298(1–4):27–60 Spaepen S, Vanderleyden J, Remans R (2007) Indole-3-acetic acid in microbial and microorganism-plant signaling. FEMS Microbiol Rev 31:425–448 Spaepen S, Dobbelaere S, Croonenborghs A, Vanderleyden J (2008) Effects of Azospirillum brasilense indole-3-acetic acid production on inoculated wheat plants. Plant Soil 312:15–23 Strzelczyk E, Kampert M, Li CY (1994) Cytokinin-like substances and ethylene production by Azospirillum in media with different carbon sources. Microbiol Res 149(1):55–60 Tien TM, Gaskinsa MH, Hubbell DH (1979) Plant growth substances produced by Azospirillum brasilense and their effect on the growth of pearl millet (Pennisetum americanum L.). Appl Environ Microbiol 37:1016–1024 Tripathi AK, Nagarajan T, Verma SC, Le Rudulier D (2002) Inhibition of biosynthesis and activity of nitrogenases in Azospirillum brasilense Sp7 under salinity stress. Curr Microbiol 44(5):363–367 Vande Broek A, Lambrecht M, Eggermont K, Vanderleyden J (1999) Auxins upregulate expression of the indole-3-pyruvate decarboxylase gene in Azospirillum brasilense. J Bacteriol 181:1338–1342 Vanstockem M, Michiels K, Vanderleyden J, Van Gool AP (1987) Transposon mutagenesis of Azospirillum brasilense and Azospirillum lipoferum: physical analysis of Tn5 and Tn5-Mob insertion mutants. Appl Environ Microbiol 53:410–415