agronaukaАграрная наука Евро-Северо-ВостокаAgricultural Science Euro-North-East2072-90812500-1396FARC North-East10.30766/2072-9081.2022.23.4.515-526agronauka-1101Research ArticleОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИ: СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ МИКРОБИОЛОГИЯ И МИКОЛОГИЯОRIGINAL SCIENTIFIC ARTICLES: AGRICULTURAL MICROBIOLOGY AND MYCOLOGYАктинобиота корней Rhapоnticum carthamoides (Willd.) Iljin как потенциальный источник микробиологических препаратов для растениеводстваActinobiota of Rhaponticum carthamoides (Willd.) Iljin roots as potential source of microbiological preparations for croppinghttps://orcid.org/0000-0002-3319-2729ШирокихИ. Г.ShirokikhI. G.

доктор биологических наук, главный научный сотрудник, зав. лабораторией,

д. 166а, ул. Ленина, г. Киров, 610007

irgenal@mail.ru

DSc in Biological Science, chief researcher, Head of the Laboratory,

Lenin str., 166a, Kirov, 610007

priemnaya@fanc-sv.ruhttps://orcid.org/0000-0002-2945-5282НазароваЯ. И.NazarovaYa. I.

кандидат биологических наук, научный сотрудник, 

д. 166а, ул. Ленина, г. Киров, 610007

PhD of Biological Science, researcher, 

Lenin str., 166a, Kirov, 610007

priemnaya@fanc-sv.ruhttps://orcid.org/0000-0002-5171-2476БакулинаА. В.BakulinaA. V.

кандидат биол. наук, старший научный сотрудник, зав. лабораторией молекулярной биологии и селекции,

ул. Ленина 166а, г. Киров, 610007

PhD in Biological Science, senior researcher, Head of the Laboratory of Molecular Biology and Breeding, 

Lenin str., 166a, Kirov, 610007

priemnaya@fanc-sv.ruhttps://orcid.org/0000-0001-7748-980XОстерманИ. А.OstermanI. A.

доктор химических наук, главный научный сотрудник, д.30, стр.1, Большой бульвар, г. Москва, 121205;

ведущий научный сотрудник, д. 1, пр-кт Олимпийский, пгт Сириус, Краснодарский край, 354349

DSc in Chemistry, chief researcher, 30, p.1, Bolshoy Boulevard, Moscow, 121205;

leading researcher, 1, Olympic Avenue, Sirius village, Krasnodar Territory, 354349

БеликА. Р.BelikA. R.

д. 1, пр-кт Олимпийский, пгт Сириус, Краснодарский край, 354349

1, Olympic Avenue, Sirius village, Krasnodar Territory, 354349

БуюклянЮ. А.BuiuklianJ. A.

д. 1, пр-кт Олимпийский, пгт Сириус, Краснодарский край, 354349 

1, Olympic Avenue, Sirius village, Krasnodar Territory, 354349

https://orcid.org/0000-0002-1000-1192БоковН. А.BokovN. A.

магистрант, лаборант-исследователь, 

ул. Ленина 166а, г. Киров, 610007

Master's student, laboratory researcher, 

Lenin str., 166a, Kirov, 610007

priemnaya@fanc-sv.ruhttps://orcid.org/0000-0002-7808-0376ШирокихА. А.ShirokikhA. A.

доктор биологических наук, ведущий научный сотрудник, 

д. 166а, ул. Ленина, г. Киров, 610007

DSc in Biological Science, 

Lenin str., 166a, Kirov, 610007

priemnaya@fanc-sv.ruФГБНУ «Федеральный аграрный научный центр Северо-Востока имени Н. В. Рудницкого»РоссияFederal Agricultural Research Center of the North-East named N. V. RudnitskyRussian FederationАНООВО «Сколковский институт науки и технологий»; Научно-технологический университет «Сириус», Научный центр генетики и наук о жизниРоссияSkolkovo Institute of Science and Technology; Sirius University, Scientific Center of Genetics and Life SciencesRussian FederationНаучно-технологический университет «Сириус», Научный центр генетики и наук о жизниРоссияSirius University, Scientific Center of Genetics and Life SciencesRussian Federation202224082022234515526Copyright © Широких И.Г., Назарова Я.И., Бакулина А.В., Остерман И.А., Белик А.Р., Буюклян Ю.А., Боков Н.А., Широких А.А., 20222022Широких И.Г., Назарова Я.И., Бакулина А.В., Остерман И.А., Белик А.Р., Буюклян Ю.А., Боков Н.А., Широких А.А.Shirokikh I.G., Nazarova Y.I., Bakulina A.V., Osterman I.A., Belik A.R., Buiuklian J.A., Bokov N.A., Shirokikh A.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.agronauka-sv.ru/jour/article/view/1101

В работе определена численность и структура комплексов актиномицетов, ассоциированных с корнями лекарственного растения – левзеи сафлоровидной (Rhapоnticum carthamoides (Willd.) Iljin) при длительном возделывании на дерново-подзолистой почве. Общая численность актиномицетов в ризосфере изменялась в пределах (4,4-13,2)×105 КОЕ/г почвы, а в ризоплане ‒ в пределах (7,6-24,1)×103 КОЕ/г корней. Комплекс мицелиальных прокариот представлен родами Streptomyces, Micromonospora, Streptosporangium, Streptoverticillium и олигоспоровыми формами. Стрептомицеты доминировали как в ризосфере, так и в ризоплане левзеи сафлоровидной. Из этих микролокусов c помощью селективных приемов выделено 30 культур мицелиальных прокариот. Исследованы культурально-морфологические и физиолого-биохимические свойства изолятов. Высокопроизводительный скрининг, проведенный с помощью двойной репортерной системы, выявил среди 19 изолятов, ассоциированных с корнями левзеи, способность продуцировать ингибиторы синтеза белка у четырех (21 %) культур стрептомицетов. ПЦР-детекция генов поликетидсинтетаз типа II не выявила среди ассоциированных с левзеей стрептомицетов их носителей. Значительная доля (67 %) изолятов стрептомицетов из ризосферы и ризопланы левзеи обладала умеренной и высокой целлюлазной активностью. Установлено, что большинство (92 %) стрептомицетов в комплексе ризопланы продуцируют индольные соединения (ИУК) в количестве 40±16,1 мкл/мл, до 61 % изолятов способны к синтезу водорастворимых метаболитов антифунгального действия. Выявлены новые перспективные для дальнейшего изучения штаммы стрептомицетов-антагонистов фитопатогенных грибов, целлюлолитиков и продуцентов ауксинов. 

The paper determines the number and structure of actinomycete complexes associated with the roots of the medicinal plant – leuzea safflower (Rhaponticum carthamoides (Willd.) Iljin) during long-term cultivation on sod-podzolic soil. The total number of actinomycetes in the rhizosphere varied within (4.4-13.2)×105 CFU/g of soil, and in the rhizoplane ‒ within (7.6-24.1)×103 CFU/g of roots. The complex of mycelial prokaryotes is represented by the genera Streptomyces, Micromonospora, Streptosporangium, Streptoverticillium and oligospore forms. Streptomycetes dominated both in the rhizosphere and in the rhizoplane of leuzea safflower. From these microlocuses, 30 cultures of mycelial prokaryotes were isolated using selective techniques. The cultural-morphological and physiological-biochemical properties of the isolates were studied. High-performance screening conducted using a dual reporter system revealed among 19 isolates associated with leuzea roots the ability to produce protein synthesis inhibitors in four (21 %) streptomycetes cultures. PCR detection of type II polyketide synthetase genes did not reveal their carriers among streptomycetes associated with leuzea. A significant proportion (67 %) of streptomycetes isolates from the rhizosphere and rhizoplana of leuzea had moderate and high cellulase activity. It has been established that the majority (92 %) of streptomycetes in the rhizoplana complex produce indole compounds (IUC) in the amount of 40±16.1 mcl/ml, up to 61 % of isolates produce water-soluble metabolites of antifungal action. New strains of streptomyces antagonists of phytopathogenic fungi, cellulolytics and auxin producers promising for further study have been identified. 

левзея сафлоровиднаястрептомицетыантибиотическая активностьауксиныдеструкция целлюлозыутилизация сахаровleuzea safflowerstreptomycetesantibiotic activityauxinscellulose destructionsugar utilizationРабота выполнена при поддержке Минобрнауки РФ в рамках Государственного задания ФГБНУ «Федеральный аграрный научный центр Северо-Востока имени Н. В. Рудницкого» (тема № FNWE-2022-0005).The research was carried out under the support of the Ministry of Science and Higher Education of the Russian Federation within the state assignment of Federal Agricultural Research Center of the North-East named N. V. Rudnitsky (theme No. FNWE-2022-0005).ReferencesHamedi J., Mohammadipanah F. Biotechnological application and taxonomical distribution of plant growth promoting actinobacteria. Journal of industrial microbiology & biotechnology. 2015;42(2);157-171. DOI: https://doi.org/10.1007/s10295-014-1537-xHamedi J., Mohammadipanah F. Biotechnological application and taxonomical distribution of plant growth promoting actinobacteria. Journal of industrial microbiology & biotechnology. 2015;42(2);157-171. DOI: https://doi.org/10.1007/s10295-014-1537-xSchmidt T. M. Encyclopedia of Microbiology. Academic Press, 2019. pp. 334-345. URL: https://books.google.ru/books?hl=ru&lr=&id=7fvDDwAAQBAJ&oiSchmidt T. M. Encyclopedia of Microbiology. Academic Press, 2019. pp. 334-345. URL: https://books.google.ru/books?hl=ru&lr=&id=7fvDDwAAQBAJ&oiMiliute O., Buzaite D., Baniulis V. Stanys Bacterial endophytes in agricultural crops and their role in stress tolerance: a review. Zemdirbyste-Agriculture. 2015;102(4):465-478. DOI: https://doi.org/10.13080/za.2015.102.060Miliute O., Buzaite D., Baniulis V. Stanys Bacterial endophytes in agricultural crops and their role in stress tolerance: a review. Zemdirbyste-Agriculture. 2015;102(4):465-478. DOI: https://doi.org/10.13080/za.2015.102.060Wardecki T., Brötz E., De Ford C., von Loewenich F. D., Rebets Y., Tokovenko B., Merfort I. Endophytic Streptomyces in the traditional medicinal plant Arnica montana L.: secondary metabolites and biological activity. Antonie van Leeuwenhoek. 2015;108(2);391-402. DOI: https://doi.org/10.1007/s10482-015-0492-5Wardecki T., Brötz E., De Ford C., von Loewenich F. D., Rebets Y., Tokovenko B., Merfort I. Endophytic Streptomyces in the traditional medicinal plant Arnica montana L.: secondary metabolites and biological activity. Antonie van Leeuwenhoek. 2015;108(2);391-402. DOI: https://doi.org/10.1007/s10482-015-0492-5Nalini M. S., Prakash H. S. Diversity and bioprospecting of actinomycete endophytes from the medicinal plants. Letters in applied microbiology. 2017;64(4):261-270. DOI: https://doi.org/10.1111/lam.12718Nalini M. S., Prakash H. S. Diversity and bioprospecting of actinomycete endophytes from the medicinal plants. Letters in applied microbiology. 2017;64(4):261-270. DOI: https://doi.org/10.1111/lam.12718Dochhil H., Dkhar M. S., Barman D. Seed germination enhancing activity of endophytic Streptomyces isolated from indigenous ethno-medicinal plant Centella asiatica. Int J Pharm Biol Sci. 2013;4(1):256-262.Dochhil H., Dkhar M. S., Barman D. Seed germination enhancing activity of endophytic Streptomyces isolated from indigenous ethno-medicinal plant Centella asiatica. Int J Pharm Biol Sci. 2013;4(1):256-262.Igarashi Y. Screening of novel bioactive compounds from plant-associated actinomycetes. Actinomycetolog. 2004;18:63-66. DOI: https://doi.org/10.3209/saj.18_63Igarashi Y. Screening of novel bioactive compounds from plant-associated actinomycetes. Actinomycetolog. 2004;18:63-66. DOI: https://doi.org/10.3209/saj.18_63El-Shatoury S., El-Kraly O., El-Kazzaz W., Dewedar A. Antimicrobial activities of Actinomycetes inhabiting Achillea fragrantissima (Family: Compositae). Egypt J Nat Toxins. 2009;6(2):1-15. URL: https://www.academia.edu/894923/ANTIMICROBIAL_ACTIVITIES_OF_ACTINOMYCETES_INHABITING_ACHILL EA_FRAGRANTISSIMA_FAMILY_COMPOSITAE_El-Shatoury S., El-Kraly O., El-Kazzaz W., Dewedar A. Antimicrobial activities of Actinomycetes inhabiting Achillea fragrantissima (Family: Compositae). Egypt J Nat Toxins. 2009;6(2):1-15. URL: https://www.academia.edu/894923/ANTIMICROBIAL_ACTIVITIES_OF_ACTINOMYCETES_INHABITING_ACHILL EA_FRAGRANTISSIMA_FAMILY_COMPOSITAE_Gangwar M., Dogra S., Gupta U. P., Kharwar R. N. Diversity and biopotential of endophytic actinomycetes from three medicinal plants in India. African J Microbiol Res. 2014;8(2):184-191. DOI: https://doi.org/10.5897/AJMR2012.2452Gangwar M., Dogra S., Gupta U. P., Kharwar R. N. Diversity and biopotential of endophytic actinomycetes from three medicinal plants in India. African J Microbiol Res. 2014;8(2):184-191. DOI: https://doi.org/10.5897/AJMR2012.2452Тимофеев Н. П. Левзея сафлоровидная: проблемы интродукции и перспективы использования в качестве биологически активных добавок. Нетрадиционные природные ресурсы, инновационные технологии и продукты. М.: РАЕН, 2001. С. 108-134. Режим доступа: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=30640821&pff=1Timofeev N. P. Leuzea carthamoides: introduction questions and application prospects as biologically active components. Netraditsionnye prirodnye resursy, innovatsionnye tekhnologii i produkty. Moscow: RAEN, 2001. pp. 108-134. URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=30640821&pff=1Белодубровская Г. А. Большой энциклопедический словарь лекарственных растений. Санкт-Петербург: СпецЛит, 2015. 759 с.Belodubrovskaya G. A. Big encyclopedic dictionary of medicinal plants. Saint-Petersburg: SpetsLit, 2015. 759 p.Широких И. Г., Назарова Я. И., Огородникова С. Ю., Баранова Е. Н. Изменение структуры комплексов актиномицетов в ризосфере трансгенных по гену Fe-СОД 1 линий томата (Solanum lycopersicum L., SOLANACEAE, SOLANALES). Поволжский экологический журнал. 2016;(3):341-351. DOI: https://doi.org/10.18500/1684-7318-2016-3-341-351Shirokikh I.G., Nazarova Y.I., Ogorodnikova S.Yu., Baranova E.N. Changes in the structure of the rhizosphere complexes of actinomycetes of transgenic tomato (Solanum lycopersicum L., SOLANACEAE, SOLANALES) with the gene Fe-SOD 1. Povolzhskiy ekologicheskiy zhurnal = Povolzhskiy Journal of Ecology. 2016;(3):341-351. (In Russ.). DOI: https://doi.org/10.18500/1684-7318-2016-3-341-351Зенова Г. М. Почвенные актиномицеты. М.: МГУ, 1992. 78 с. Режим доступа: https://bookree.org/reader?file=1222199Zenova G. M. Soil actinomycetes. Moscow: MGU, 1992. 78 p. URL: https://bookree.org/reader?file=1222199Гаузе Г. Ф. Определитель актиномицетов. Роды Sreptomyces, Streptoverticillium, Chainia. М.: Наука, 1983. 248 с. Режим доступа: https://www.bookvoed.ru/files/3515/10/97/91.pdfGauze G. F. Determinant of actinomycetes. Genera Sreptomyces, Streptoverticillium, Chainia. Moscow: Nauka, 1983. 248 p. URL: https://www.bookvoed.ru/files/3515/10/97/91.pdfOsterman I. A., Komarova E. S., Shiryaev D. I., Korniltsev I. A., Khven I. M., Lukyanov D. A., Tashlitsky V. N., Serebryakova M. V., Efremenkova O. V., Ivanenkov Ya. A., Bogdanov A. A., Sergiev P. V., Dontsova O. A., Sorting Out Antibiotics’ Mechanisms of Action: a Double Fluorescent Protein Reporter for HighThroughput Screening of Ribosome and DNA Biosynthesis Inhibitors. Antimicrob Agents Chemother. 2016;60(12):7481-7489. DOI: https://doi.org/10.1128/AAC.02117-16Osterman I. A., Komarova E. S., Shiryaev D. I., Korniltsev I. A., Khven I. M., Lukyanov D. A., Tashlitsky V. N., Serebryakova M. V., Efremenkova O. V., Ivanenkov Ya. A., Bogdanov A. A., Sergiev P. V., Dontsova O. A., Sorting Out Antibiotics’ Mechanisms of Action: a Double Fluorescent Protein Reporter for HighThroughput Screening of Ribosome and DNA Biosynthesis Inhibitors. Antimicrob Agents Chemother. 2016;60(12):7481-7489. DOI: https://doi.org/10.1128/AAC.02117-16Libbert E., Risch H. Interactions between plants and epiphytic bacteria regarding their auxin metabolism. Physiologia Plantarum. 1969;22(1):51-58. DOI: https://doi.org/10.1111/j.1399-3054.1969.tb07840.xLibbert E., Risch H. Interactions between plants and epiphytic bacteria regarding their auxin metabolism. Physiologia Plantarum. 1969;22(1):51-58. DOI: https://doi.org/10.1111/j.1399-3054.1969.tb07840.xTeather R. M., Wood P. J. Use of congo-red polysaccharide interaction in erumeration and characterization of cellulolytic bacteria the bovine rumen. Appl. Environ Microbiol. 1982;43(4):777-780. DOI: https://doi.org/10.1128/aem.43.4.777-780.1982Teather R. M., Wood P. J. Use of congo-red polysaccharide interaction in erumeration and characterization of cellulolytic bacteria the bovine rumen. Appl. Environ Microbiol. 1982;43(4):777-780. DOI: https://doi.org/10.1128/aem.43.4.777-780.1982Felnagle E. A., Jackson E. E., Chan Y. A., Podevels A. M., Berti A. D., McMahon M. D., Thomas M. G. Nonribosomal peptide synthetases involved in the production of medically relevant natural products. Mol Pharm. 2008;5(2):191-211. DOI: https://doi.org/10.1021/mp700137gFelnagle E. A., Jackson E. E., Chan Y. A., Podevels A. M., Berti A. D., McMahon M. D., Thomas M. G. Nonribosomal peptide synthetases involved in the production of medically relevant natural products. Mol Pharm. 2008;5(2):191-211. DOI: https://doi.org/10.1021/mp700137gRisdian C., Mozef T., Wink J. Biosynthesis of polyketides in Streptomyces. Microorganisms. 2019;7(5):124. DOI: https://doi.org/10.3390/microorganisms7050124Risdian C., Mozef T., Wink J. Biosynthesis of polyketides in Streptomyces. Microorganisms. 2019;7(5):124. DOI: https://doi.org/10.3390/microorganisms7050124Bentley S. D., Chater K. F., Cerdeno-Tárraga A-M., Challis G. L., Thomson N. R. Complete genome sequence of the model actinomycete Streptomyces coelicolor A3(2). Nature. 2002;417:141-147. DOI: https://doi.org/10.1038/417141aBentley S. D., Chater K. F., Cerdeno-Tárraga A-M., Challis G. L., Thomson N. R. Complete genome sequence of the model actinomycete Streptomyces coelicolor A3(2). Nature. 2002;417:141-147. DOI: https://doi.org/10.1038/417141aChiang Y-M., Chang S-L., Oakley B.R., Wang CCC. Recent advances in awakening silent biosynthetic gene clusters and linking orphan clusters to natural products in microorganisms. Curr Opin Chem Biol. 2011;15:137-143. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cbpa.2010.10.011Chiang Y-M., Chang S-L., Oakley B.R., Wang CCC. Recent advances in awakening silent biosynthetic gene clusters and linking orphan clusters to natural products in microorganisms. Curr Opin Chem Biol. 2011;15:137-143. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cbpa.2010.10.011Ayuso-Sacido A., Genilloud O. New PCR primers for the screening of NRPS and PKS-I systems in actinomycetes: detection and distribution of these biosynthetic gene sequences in major taxonomic groups. Microb Ecol. 2005;49(1):10-24. DOI: https://doi.org/10.1007/s00248-004-0249-6Ayuso-Sacido A., Genilloud O. New PCR primers for the screening of NRPS and PKS-I systems in actinomycetes: detection and distribution of these biosynthetic gene sequences in major taxonomic groups. Microb Ecol. 2005;49(1):10-24. DOI: https://doi.org/10.1007/s00248-004-0249-6Hertweck C., Luzhetskyy A., Rebets Y., Bechthold A. Type II polyketide synthases: Gaining a deeperinsight into enzymatic teamwork. Nat. Prod. Rep. 2007;24:162-190. DOI: https://doi.org/10.1039/b507395mHertweck C., Luzhetskyy A., Rebets Y., Bechthold A. Type II polyketide synthases: Gaining a deeperinsight into enzymatic teamwork. Nat. Prod. Rep. 2007;24:162-190. DOI: https://doi.org/10.1039/b507395mQin S., Li J., Chen H. H., Zhao G. Z., Zhu W. Y., Jiang C. L., Li W. J. Isolation, Diversity and antimicrobial activity of rare actinobacteria from medicinal plants of tropical rain forests in Xishuangbanna. Appl. Environ. Microbiol. 2009;75(19):6176-6186. DOI: https://doi.org/10.1128/AEM.01034-09Qin S., Li J., Chen H. H., Zhao G. Z., Zhu W. Y., Jiang C. L., Li W. J. Isolation, Diversity and antimicrobial activity of rare actinobacteria from medicinal plants of tropical rain forests in Xishuangbanna. Appl. Environ. Microbiol. 2009;75(19):6176-6186. DOI: https://doi.org/10.1128/AEM.01034-09Passari A. K., Mishra V. K., Saikia R., Gupta V. K., Singh B. P. Isolation, abundance and phylogenetic affiliation of endophytic actinobacteria associated with medicinal plants and screening for their in vitro antimicrobial biosynthetic potential. Front. Microbiol. 2015;6:273. DOI: https://doi.org/10.3389/fmicb.2015.00273Passari A. K., Mishra V. K., Saikia R., Gupta V. K., Singh B. P. Isolation, abundance and phylogenetic affiliation of endophytic actinobacteria associated with medicinal plants and screening for their in vitro antimicrobial biosynthetic potential. Front. Microbiol. 2015;6:273. DOI: https://doi.org/10.3389/fmicb.2015.00273Веселова С. В., Нужная Т. В., Бурханова Г. Ф., Румянцев С. Д., Касимова А. Р., Максимов И. В. Роль фитогормонов в регуляции взаимодействий между растениями и патогенами, насекомымивредителями, вирусами. Экобиотех: мат-лы VII Всеросс. конф. с международ. участием. Уфа: УИБ УФИЦ РАН, 2021. С. 124-128. Режим доступа: http://ib.anrb.ru/ebt2021/ecobiotech2021.pdfVeselova S. V., Nuzhnaya T. V., Burkhanova G. F., Rumyantsev S. D., Kasimova A. R., Maksimov I. V. The role of phythormones in regulation of interactions between plants and pathogens, pests and viruses. Ekobiotekh: mat-ly VII Vseross. konf. s mezhdunarod. uchastiem. Ufa: UIB UFITs RAN, 2021. pp. 124-128. URL: http://ib.anrb.ru/ebt2021/ecobiotech2021.pdf

The authors declare that there are no conflicts of interest present.