Biomics

Pseudomonas sp. обладают большим потенциалом как ризосферные бактерии, стимулирующие рост растений (PGPR) (в том числе и для получения микробиологических биопрепаратов) для защиты растений от фитопатогенов, тяжелых металлов, увеличения урожайности растений и роста растений в стрессовых условиях. Целью данной работы было определение ингибирующей концентрации солей кадмия на рост штамма Pseudomonas sp. OBA 2.4.1 и анализ его влияния на рост и прорастание семян растений гороха посевного (Pisum sativum L.) при разных концентрациях солей кадмия. Исследуемый штамм был идентифицирован как Pseudomonas sp., была показана его сидерофорная активность и способность к образованию биопленок. Кроме того, обработка данным штаммом семян растений гороха привела к увеличению средней длины проростков в 2,6 раз по сравнению с необработанными семенами. При выращивании семян гороха с обработкой псевдомонадами в присутствии 100 мкМ CdCl₂ длина проростков увеличилась на 62 %, при 200 мкМ – на 20 %, при 300 мкМ – на 36 %, при 400 мкМ – на 51 %, при 500 мкМ – на 118 % относительно контрольных неинокулированных семян. Полученные результаты показывают, что штамм Pseudomonas sp. OBA 2.4.1 способствует улучшению роста и развития семян гороха Pisum sativum L. при кадмиевом стрессе, что может быть использовано с целью создания биопрепаратов комплексного воздействия, предназначенных как для защиты сельскохозяйственных растений от воздействия тяжёлых металлов, так и для использования в биоремедиации.

Pseudomonas, PGPR, тяжелые металлы, кадмий, семейство Бобовые, Pisum sativum L., биопленки, фосфатмобилизация, сидерофорная активность, биоремедиация

1. Баймиев Ан.Х., Акимова Е.С., Гуменко Р.С., Владимирова А.А., Чемерис А.В., Баймиев Ал.Х. Генетическое разнообразие и филогения клубеньковых бактерий, выделенных из клубеньков растений рода Lupinaster, произрастающих на Южном Урале // Генетика. 2019. Т. 55. С. 55–59. doi: https://doi.org/1134/S0016675819010028
2. Вершинина З. Р., Чубукова О. В., Никоноров Ю. М., Хакимова Л. Р., Лавина А. М., Каримова Л. Р., Баймиев Ан. Х., Баймиев А. Х. Влияние сверхэкспрессии гена rosR на образование биопленок бактериями Rhizobium leguminosarum // Микробиология. 2021. Т. 90. № 2. С. 191-203. doi: https://doi.org/31857/S0026365621020154
3. Егоршина А.А., Хайруллин Р.М., Лукьянцев М.А., Курамшина З.М., Смирнова Ю.В. Фосфат- мобилизующая активность эндофитных штаммов Bacillus subtilis и их влияние на степень микоризации корней пшеницы // Журн. Сибирского фед. ун-та. Биология. 2011. Т. 4. №2. С. 172–182.
4. Кочетков В.В., Анохина Т.О., Сиунова Т.В., Сизова О.И., Боронин А.М. Биологическое разнообразие PGPR Pseudomonas // Биологическая защита растений - основа стабилизации агроэкосистем. Становление и перспективы развития органического земледелия в Российской Федерации. 2018. С.115-118.
5. Пищик В.Н., Воробьев Н.И., Проворов Н.А., Хомяков Ю.В. Механизмы адаптации растений и микроорганизмов в растительно-микробных системах к тяжелым металлам // Микробиология. Т. 85. №С. 231-247. doi: https://doi.org/10.7868/S0026365616030113
6. Титов А.Ф., Таланова В.В., Казнина Н.М., Лайдинен Г.Ф. Устойчивость растений к тяжелым металлам. Петрозаводск: КарНЦ РАН. 2007. 172 с.
7. Хакимова Л. Р., Чубукова О. В., Мурясова А. Р., Симороз Е. В., Чумакова А. К., Вершинина З. Р. Влияние Pseudomonas spр. на растения люцерны Medicago sativa L. при ингибирующем действии солей кадмия // Таврический вестник аграрной науки. 2022. № 2(30). С. 155–163. EDN: AJPFYR.
8. Хакимова Л.Р., Чубукова О.В., Вершинина З.Р., Масленникова Д.Р., Мурясова А.Р., Симороз Е.В., Чумакова А.К., Насырова К.Р. Pseudomonas для стимуляции роста растений семейства пасленовые // Известия уфимского научного центра РАН. 2022. № 2. С. 24–28. doi: https://doi.org/10.31040/2222-8349-2022-0-2-24-28
9. Чубукова О.В., Вершинина З.Р., Матниязов Р.Т., Баймиев Ан.Х., Баймиев Ал.Х. Создание индуцируемой векторной системы на основе промотора гена nodA ризобий // Экологическая генетика. 2021. Т. 19. С. 13–21. doi: https://doi.org/17816/ecogen48646
10. Чубукова О.В., Хакимова Л.Р., Акимовa Е.С., Вершинина З.Р. Филогения и свойства новых штаммов Pseudomonas из ризосферы бобовых растений Южного Урала // Микробиология. 2022. Т.№ 5.  С. 537-546.           DOI:https://doi.org/10.31857/S0026365622100196
11. Шабаев В. П., Бочарникова Е. А., Остроумов В. Е. Растительные и почвенные механизмы устойчивости растений к токсическому действию кадмия при применении ростстимулирующей ризосферной бактерии в условиях загрязнения почвы тяжелым металлом // Известия Российской академии наук. Серия биологическая. 2019. № 4. С. 400-406. doi: https://doi.org/1134/S0002332919040118
12. Artursson V., Finlay R.D., Jansson J.K. Interactions between Arbuscular Mycorrhizal Fungi and Bacteria and Their Potential for Stimulating Plant Environ. Microbiol. 2006. V. 8. Р. 1–10. doi: https://doi.org/10.1111/j.1462-2920.2005.00942.x
13. Belimov A.A., Shaposhnikov A.I., Azarova T.S., Makarova M., Safronova V.I., Litvinskiy V.A., Nosikov V.V., Zavalin A.A., Tikhonovich I.A. Microbial Consortium of PGPR, Rhizobia and Arbuscular Mycorrhizal Fungus Makes Pea Mutant SGECdt Comparable with Indian Mustard in Cadmium Tolerance and Accumulation // Plants (Basel). 2020. V. 9(8). P. 975. doi: https://doi.org/10.3390/plants9080975
14. Dar M.I., Khan F.A., Rehman F., Masoodi A., Ansari A.A., Varshney D., Naushin F., Naikoo M.I. Roles of Brassicaceae in Phytoremediation of Metals and Metalloids. In Phytoremediation; Ansari, A., Gill, S., Gill, R., Lanza, G., Newman, L., Eds.; Springer: Cham, Switzerland. p. 201–215. doi: https://doi.org/10.1007/978-3-319- 10395-2_14
15. de-Bashan L.E., Hernandez J.-P., Bashan Y. The Potential Contribution of Plant Growth-Promoting Bacteria to Reduce Environmental Degradation - A Comprehensive Appl. Soil Ecol. 2012. V. 61. 171–189. doi: https://doi.org/10.1016/j.apsoil.2011.09.003
16. Desoky E.S.M., Merwad A.R.M., Semida W.M., Ibrahim S.A., El-Saadony M.T., Rady M.M. Heavy metals-resistant bacteria (HM-RB): Potential bioremediators of heavy metals stressed Spinacia oleracea plant // Environ. Saf. 2020. V. 198. P. 110685. doi: https://doi.org/10.1016/j.ecoenv.2020.110685 
17. Gisbert C., Clemente R., Navarro-Aviñó J., Baixauli , Ginér A., Serrano R., Walker D.J., Bernal M.P. Tolerance and accumulation of heavy metals by Brassicaceae species grown in contaminated soils from mediterranean regions of Spain // Environ. Exp. Bot. 2006.V.           56.         P.            19-27.      doi: https://doi.org/10.1016/j.envexpbot.2004.12.002
18. Glick B.R. Bacteria with ACC deaminase can promote plant growth and help to feed the world // Microbiol. 2014. V. 169. P. 30–39. doi: https://doi.org/10.1016/j.micres.2013.09.009
19. Gomez-Sagasti M.T., Marino D. PGPRs and Nitrogen-Fixing Legumes: A Perfect Team for Efficient Cd Phytoremediation? // Plant Sci. 2015. V. 6. P. doi: https://doi.org/10.3389/fpls.2015.00081
20. Goswami D., Thakker J.N., Dhandhukia P.C. Portraying mechanics of plant growth promoting rhizobacteria (PGPR): A review // Cogent Food Agric. V.           2.            P.               1127500.     doi:https://doi.org/10.1080/23311932.2015.1127500
21. Inouhe M., Ninomiya S., Tohoyama H., Joho M., Murayama T. Different Characteristics of Root in the Cadmium-Tolerance and Cd-Binding Complex Formation between Mono- and Dicotyledonous Plants // J. Plant Res. 1994. 107. P. 201–207. doi: https://doi.org/10.1007/BF02344245
22. Konkolewska A, Piechalak A, Ciszewska L, Antos-Krzemińska N., Skrzypczak T., Hanć A., Sitko K., Małkowski E., Barałkiewicz D., Małecka A. Combined use of companion planting and PGPR for the assisted phytoextraction of trace metals (Zn, Pb, Cd) // Environ Sci Pollut Res Int. 2020. 27(12). P. 13809-13825. doi: https://doi.org/10.1007/s11356-020-07885-3 .
23. Liu A., Wang W., Zheng X., Chen X., Fu W., Wang G., Ji J., Jin C., Guan C. Improvement of the Cd and Zn phytoremediation efficiency of rice (Oryza sativa) through the inoculation of a metal-resistant PGPR strain // Chemosphere. 2022. V. 302. P. 134900. doi: https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2022.134900
24. Mazen A.M.A. Assessment of Heavy Metal Accumulation and Performance of Some Physiological Parameters in Zea Mays and Vicia Faba L. Grown on Soil Amended by Sewage Sludge Resulting from Sewage Water Treatment in the State of Qatar // Qatar Univ Sci. J. 1995. V. 5. P. 353–359.
25. Mesnoua M., Mateos-Naranjo E., Pérez-Romero J.A., Barcia-Piedras M., Lotmani B., Redondo-Gómez S. Combined effect of Cr-toxicity and temperature rise on physiological and biochemical responses of Atriplex halimus L. // Plant Physiol. Biochem. 2018. V. 132.P. 675–682. doi: https://doi.org/10.1016/j.plaphy.2018.08.025
26. Mulet , Bennasar A., Lalucat J., García-Valdés
27. An rpoD-based PCR procedure for the identification of Pseudomonas species and for their detection in environmental samples // Mol. Cell Probes. 2009. V. 23.140–147. doi: https://doi.org/10.1016/j.mcp.2009.02.001
28. Navarro-Torre S., Barcia-Piedras J.M., Caviedes M.A., Pajuelo , Redondo-Gómez S., Rodríguez-Llorente I.D., Mateos-Naranjo E. Bioaugmentation with bacteria selected from the microbiome enhances Arthrocnemum macrostachyum metal accumulation and tolerance // Mar. Pollut. Bull.  2017.  V.  117.  P.  340–347.  doi:https://doi.org/10.1016/j.marpolbul.2017.02.008.
29. Odoh K., Eze C.N., Apki U.K., Unah V.U. Plant growth promoting rhizobacteria (PGPR): A novel agent for sustainable food production // Am. J. Agric. Biol.  Sci.  2019.  V.  14.  P.  35–54.  doi:https://doi.org/10.3844/ajabssp.2019.35.54
30. Paredes-Páliz K., Rodríguez-Vázquez R., Duarte B., Caviedes M.A., Mateos-Naranjo E., Redondo-Gómez S., Caçador M.I., Rodríguez-Llorente I.D., Pajuelo E. Investigating the mechanisms underlying phytoprotection by plant growth-promoting rhizobacteria in Spartina densiflora undermetal stress // Plant Biol. 2018. 20. P. 497–506. doi: https://doi.org/10.1111/plb.12693
31. Raklami A., Oufdou K., Tahiri A. I., Mateos- Naranjo E., Navarro-Torre S., Rodríguez-Llorente I. D., Meddich A., Redondo-Gómez S., Pajuelo E. Safe Cultivation of Medicago sativa in Metal-Polluted Soils from Semi-Arid Regions Assisted by Heat- and Metallo- Resistant PGPR // Microorganisms. V. 7(7). P. 212. doi: https://doi.org/10.3390/microorganisms7070212 .
32. Schwynan B., Neilands J.B. Universal chemical assay for the detection and determination of siderophores// Anal. Biochem. 160. 1987. p. 47-56.
33. Sharma R.K., Archana G. Cadmium Minimization in Food Crops by Cadmium Resistant Plant Growth Promoting Rhizobacteria // Appl. Soil Ecol. 2016. 107. P. 66–78. doi: https://doi.org/10.1016/j.apsoil.2016.05.009
34. Teitzel G.M., Parsek M.R. Heavy metal resistance of biofilm and planktonic Pseudomonas aeruginosa // Appl. Environ. Microbiol. 2003. V. 69. № 4. 2313–2320. doi: https://doi.org/10.1128/AEM.69.4.2313-2320.2003
35. Ullah A., Heng S., Farooq M., Munis H., Fahad S., Yang X. Phytoremediation of Heavy Metals Assisted by Plant Growth Promoting (PGP) Bacteria: A Review // Environ.   Bot.  2015.  V.  117.  P.  28–40. doi: https://doi.org/10.1016/j.envexpbot.2015.05.001
36. Vamerali T., Bandiera M., Mosca G. Field Crops for Phytoremediation of Metal-Contaminated Land. A Review // Environ. Chem. Lett. 2009. V. 8. P. 1–17. doi: https://doi.org/1007/s10311-009-0268-0