Please enable JavaScript.
Coggle requires JavaScript to display documents.
Properties of bacterial endophytes and their proposed role in plant growth
Properties of bacterial endophytes and their proposed role in plant growth
Bacterial endophytes
photosynthates CO2
major sources of carbon, nitrogen and energy for plant-associated hetero-trophic microorganisms, он делает растения привлекательными для бак
однако растения продуцируют антимикробные соединения: терпенойды, бензоксазинон (бензоксазин), флавонойды и изофлавонойды = препятствуют внедрению бактерий внутрь растения, особенно в корни
эндофитные бактерии
облигатные
strictly dependent on the host plant
факультативные
have a stage in their life cycle in which they exist outside host plants.
жизненный цикл эндофитов м.б. расмотрен как бифазный, alternating between plants and the environment (mainly soil)
фитопатогены рассматриваются как эндофиты (facultative or obligate), because they often occur in avirulent forms in plants
Ralstonia solanacearum (Бурая гниль картофеля)
Xylella fastidiosa - obligate endophyt, передается др растениям через векторных насекомых, может существовать вне тканей растений
порталы входа в растения - трещины в корнях, раны, обусловленные бактериальными и нематодными фитопатогенами, устьица, находящиеся на листьях
root cracks are recognized as the main ‘hot spots’ for bacterial colonization
Often these beneficial effects of endophytes are greater than those of many rhizosphere-colonizing bacteria :!!:
‘root-colonizing rhizosphere-competent bacteria’
Pseudomonas (e.g. P. fluorescens)
Azospirillum (e.g. A. brasilense)
Bacillus
abstract
модуляция уровней этилена в растениях при помощи бактериальной 1- аминоцикло пропан 1-карбоксилат деаминазы - ключевое свойство, позволяющее влиять на физиологию организма-хозяина
‘competent’ endophytes - defined as endophytes that are equipped with genes important for maintenance of plant–endophyte associations
эндофиты
Acetobacter diazotrophicus
сахарный тросник
The ecology of competent endophytes
soil factors determine the colonization of plants by different bacteria
первичная колонизация - случайный процесс
предположительно зависит от initial abundance,
diversity,
physological status and distribution
of putative endophytes in the soil.
растительные факторы:
plant genotype,
growth stage and
physiological status, type of plant tissue
почвенные факторы: environmental (soil) conditions and agricultural practices
внутренние бактериальные черты:
флагеллярная подвижность,
chemotaxis-induced motility
способность в эффективному прикрепленнию
Plant selection for competent endophytes
колонизация корня начинается с распознавания специфических соединений в корневых эксудатах бактериями
растения могут привлекать выгодный для них бактерии
хорошо изучены взаимодействия Rhizobium–plant и plant–Pseudomonas (flax and tomato)
сигнальные молекул флавонойды
Rhizobium–legume association
Azorhizobium caulinodans, Azospirillum brasilense and Serratia spp. with wheat and rice
1. хемотаксис
root exudates
Root-exuded organic acids
are major chemo-attractants in P. fluorescens–tomato interactions
carbohydrates and amino acids
attract Corynebacterium flavescens and Bacillus pumilus to rice
The apparent specificity in these interactions probably relates to bacterial nutritional requirements :!:
2. Adaptation to and colonization of the rhizoplane
передвигаясь к активным зонам (zones of enhanced exudation) бактерии получаю повышенное питание, что увеличивает их рост и конкурентоспособность
факторы окружающей среды индуцируют гены, ответственные за колонизацию
спонтанно проявляющиеся варианты показывают различия в
флагелярной подвижности и свойствах, важных для колонизации, такие как продукция пиовердина, цианида и экзопротеазы
и такие фенотипические ваиации могут быть объяснены в различиях двух-компонентной регуляторной системы
gacA–gacS
(gac, global antibiotic and cyanide control)
бактерии прикрепляются к
sites of lateral root emergence,
root tips
pathogen- or predation-induced wounds
pilT locus
мутанты Azoarcus sp. BH72 обладали слабой подвижностью и слабо прикреплялись к корню
pilA and pilT - важны для формирования пилей
прикрепляясь к корням бактерии формируют микроколонии
инвазия бактерий происходит только в специальны местах, например в местах перехода основного корня в боковые корни
при инвазии важна энзиматическая активность бактерий для деградации клеточных оболочек растений
endoglucanase gene
was important for endophytic colonization
by Azoarcus sp. BH72 and Burkholderia sp. PsJN
уровни продукции деградирующих ферментов различаются
low levels
bacterial endophytes
deleteriously high levels
bacterial phytopathogens
эндофиты должны проникать к корень без повреждения клеток
проникают через раны и повреждения корня
внутри корня они должны проходить через пояски каспари в эндодерме, чтобы достигнуть нижлежащих слоев
3. Endophytic colonization
сигналы, которые позволяют мко внедрятся далее
продукция ферментов: endoglucanases and endopolygalacturonidases
эндоглюконазы и эндополигалактуронидазы
компетентные эндофиты быстро размножаются внутри растения
достигают количество клеток: 10
8
cells g
-1
dry weight root tissue
развитие эндофитов позитивно коррелирует со стадией развития растения
возрастает в стадию посадки
достигает максимума
e.g. 10
7
CFU g
-1
fresh weight at the senescence
stage of potato plants
Plant genes involved in the recognition of beneficial
associations with bacteria
происходит экспрессия различных генов
начальныеиэтапы колонизации отслеживаются и могут регулироваться растением
shr5 gene
экспрессируется после инокуляции сахарного тросника азотофиксирующими бактериями
кодирует белок, участвующий в установлении взаимодейтсвия растение-бактерия
даун-регуляция
при использовании бак: Gluconacetobacter
diazotrophicus, Herbaspirillum seropedicae, Azospirillum brasilensis
также небольшое уменьшение в экспрессии гена при инокуляции растения Herbaspirillum rubrisubalbicans - вызывает заболевание пестрой полосы
Genes of the ethylenesignaling
pathway
также дифференциально экспрессируются
genes encoding ethylene receptors and the ethyleneresponsive
factor
dependent on plant
genotype and on the bacterial species used
Modulation of plant ethylene levels
этилен - модулятор роста и развития растений
может играть позитивную или негативную роль
might inhibit elongation of the root
high concentration of the phytohormone ethylene
is often needed to ‘break’ seed dormancy
вовлечен в:
plant developmental cycle
plant disease resistance
microbe–plant interactions
response to abiotic stresses
Rhizobium–
legume association
exogenous
ethylene
, or its direct precursor
1-aminocyclopropane-1-carboxylate (ACC)
inhibits the elongation of infection threads and,
consequently, the formation of nodules in most legumes
Klebsiella pneumoniae strain 342 + Medicago
trunculata
hypercolonizes ethylene-insensitive mutants
exogenous ethylene
inhibitor,
1-methylcyclopropene
increases the endophytic colonization by K. pneumoniae
ACC
reduces the endophytic colonization of parental Medicago sativa by K. pneumoniae 342.
роль этилена в колонизации растений обусловлена его участием в сигнальных путях растения
но регуляция может и не зависеть от этилена
например, жасминовая кислота выполняла ремтриктивную роль во взаимодействии эндофита Azoarcus sp. BH72 с рисом
регуляция уровня этилена растений бактериями, 2 механизма
by cleaving ACC
Bacterial ACC deaminase
cleaves ACC into ammonia and a-ketobutyrate
not currently known to be excreted from the bacterial
cytoplasm
bacterial endophytes with high locally induced ACC deaminase activities might be excellent plant-growth promoters, because they ameliorate plant stress by efficiently blocking ethylene production
Furthermore, phytohormone-producing bacteria known to stimulate plant growth might even increase plant ethylene levels
Preferential selection by plants of bacteria with
high ACC-deaminase activity
by inhibiting ACC synthase and/or b-cystathionase, both enzymes of the ethylene biosynthesis pathway