agronaukaАграрная наука Евро-Северо-ВостокаAgricultural Science Euro-North-East2072-90812500-1396FARC North-East10.30766/2072-9081.2024.25.5.855-864agronauka-1762Research ArticleОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИ: СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ МИКРОБИОЛОГИЯ И МИКОЛОГИЯОRIGINAL SCIENTIFIC ARTICLES: AGRICULTURAL MICROBIOLOGY AND MYCOLOGYБактеризация микрорастений картофеля in vitro ризобактерией Streptomyces повышает эффективность культивированияBacterization of potato micro-plants in vitro by Streptomyces rhizobacteria increases the efficiency of cultivationhttps://orcid.org/0000-0002-3319-2729ШирокихИ. Г.ShirokikhI. G.

Широких Ирина Геннадьевна, доктор биол. наук, профессор, главный научный сотрудник лаборатории биотехнологии растений и микроорганизмов

ул. Ленина, 166а, Киров, 610007

Irina G. Shirokikh, DSc in Biological Science, chief researcher, Head of the Laboratory

 

irgenal@mail.ruhttps://orcid.org/0009-0005-2192-7416МокрушинаС. Э.MokrushinaS. E.

Мокрушина Светлана Эдуардовна, лаборант-исследователь; магистрант

ул. Ленина, 166а, Киров, 610007

ул. Московская, д. 36, Киров, 610000. e-mail: info@vyatsu.ru

Svetlana E. Mokrushina, laboratory researcher; undergraduate student

Moskovskaya str., 36, Kirov, 610000

priemnaya@fanc-sv.ruhttps://orcid.org/0000-0002-8526-2733АбубакироваР. И.AbubakirovaR. I.

Абубакирова Роза Ильдусовна, лаборант-исследователь

ул. Ленина, 166а, Киров, 610007

Roza I. Abubakirova, laboratory researcher

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 FederationФГБНУ «Федеральный аграрный научный центр Северо-Востока имени Н. В. Рудницкого»; ФГБОУ ВО «Вятский Государственный Университет»РоссияFederal Agricultural Research Center of the North-East named N. V. Rudnitsky; Vyatka State University, Moskovskaya str., 36, KirovRussian Federation202431102024255855–864Copyright © Широких И.Г., Мокрушина С.Э., Абубакирова Р.И., 20242024Широких И.Г., Мокрушина С.Э., Абубакирова Р.И.Shirokikh I.G., Mokrushina S.E., Abubakirova R.I.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.agronauka-sv.ru/jour/article/view/1762

В целях более эффективного выращивания высококачественного семенного картофеля необходимо постоянно совершенствовать технологии культивирования и ускоренного размножения in vitro материала в асептических условиях. В проведенном исследовании установлено, что оптимизировать условия культивирования in vitro материала на этапах клонирования позволяет инокуляция местным штаммом Streptomyces minoensis KР-10, который был выделен из ризосферы Urtica dioica L. с помощью селективного приема. Штамм характеризуется фитостимулирующей активностью, способностью к синтезу ауксинов (18,7±1,0 мкг/мл), высокой радиальной скоростью роста (65,7±8,8 мкм/ч) и колонизирующей способностью (105–108 КОЕ/г в зависимости от вида растительной ткани).  В работе выявлен оптимальный способ инокуляции, предусматривающий последовательное обмакивание микрочеренков в бактериальную суспензию, и определен титр бактериальной суспензии (105 КОЕ/мл), способствующий увеличению коэффициента размножения перспективного селекционного номера 172-13 и сорта Пранса. Выраженность эффектов бактеризации зависела от генотипических особенностей картофеля. Инокуляция штаммом S. minoensis KР-10 позволила снизить долю морфозов среди in vitro материала селекционного номера 172-13 в 2,5 раза. Разработанные приемы способны повысить эффективность выращивания биоматериала картофеля в процессе ускоренного клонального размножения. 

In order to grow high-quality seed potatoes more efficiently, it is necessary constantly to improve cultivation technologies and accelerated reproduction of in vitro material under aseptic conditions. During the research it has been established that inoculation with a local strain of Streptomyces minoensis KR-10, which was isolated from the rhizosphere of Urtica dioica L. with the help of selective reception, allows to optimize the conditions of in vitro cultivation of the material at the cloning stages. The strain is characterized by phytostimulating activity, the ability to synthesize auxins (18.7±1.0 µg/ml), high radial growth rate (65.7±8.8 µm/h) and colonizing ability (105–108 CFU/g depending on the type of plant tissue). The optimal inoculation method was identified, which provides for sequential dipping of micro gears into a bacterial suspension, and the titer of the bacterial suspension (105 CFU/ml) was determined, contributing to an increase in the reproduction coefficient of the promising breeding number 172-13 and the ‘Pransa’ cultivar. The severity of bacterization effects depended on the genotypic characteristics of potatoes. Inoculation with S. minoensis strain KR-10 made it possible to reduce the proportion of morphoses among in vitro material number 172-13 by 2.5 times. The developed techniques are able to increase the efficiency of growing potato biomaterial in the process of accelerated clonal reproduction. 

Solanum tuberosum L.Streptomyces sp. КР-10in vitro материалклональное размножениеинокуляцияфитостимуляцияSolanum tuberosum L.Streptomyces sp. KR-10in vitro materialclonal micropropagationinoculationphytostimulationработа выполнена при поддержке Минобрнауки РФ в рамках Государственного задания ФГБНУ «Федеральный аграрный научный центр Северо-Востока имени Н. В. Рудницкого» (тема № FNWE-2022-0005). Авторы благодарят рецензентов за их вклад в экспертную оценку этой работы.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). The authors thank the reviewers for their contribution to the peer review of this work.ReferencesLiu Z., Coulter J. A., Li Y., Zhang X., Meng J., Zhang J., Liu Y. Genome-wide identification and analysis of the Q-type C2H2 gene family in potato (Solanum tuberosum L.). International Journal of Biological Macromolecules. 2020;153:327–340. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2020.03.022Liu Z., Coulter J. A., Li Y., Zhang X., Meng J., Zhang J., Liu Y. Genome-wide identification and analysis of the Q-type C2H2 gene family in potato (Solanum tuberosum L.). International Journal of Biological Macromolecules. 2020;153:327–340. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2020.03.022Симаков Е. А., Анисимов Б. В., Митюшкин А. В., Журавлев А. А., Митюшкин Ал-др. В., Гайзатулин А. С., Семенов В. А., Зебрин С. Н., Жук О. Ю. Новые перспективные сорта картофеля для различного целевого использования в товарном производстве. Картофель и овощи. 2024;(2):35–39. DOI: https://doi.org/10.25630/PAV.2024.27.20.004 EDN: JFYYEFSimakov E. A., Anisimov B. V., Mityushkin A. V., Zhuravlev A. A., Mityushkin Al-dr. V., Gayzatulin A. S., Semenov V. A., Zebrin S. N., Zhuk O. Yu. New promising potato cultivars for various use in commercial production. Kartofel' i ovoshchi = Potato and Vegetables. 2024;(2):35–39. (In Russ.). DOI: https://doi.org/10.25630/PAV.2024.27.20.004Семчук Н. Н., Овэс Е. В., Балун О. В., Гладких С. Н. Технология получения и ускоренного размножения здорового посадочного материала растений картофеля (Solanum tuberosum). АгроЭкоИнженерия. 2023;(1(114)):92–103. DOI: https://doi.org/10.24412/2713-2641-2023-1114-92-103 EDN: HZNFBQSemchuk N. N., Oves E. V., Balun O. V., Gladkikh S. N. Technology of obtaining and accelerated reproduction of healthy planting material of potato plants (Solanum tuberosum). AgroEkoInzheneriya = Agricultural Engineering (Moscow). 2023;(1(114)):92–103. (In Russ.). DOI: https://doi.org/10.24412/2713-2641-2023-1114-92-103Oswald A., Calvo V. P., Davila D. Z., Pineda J. A. Evaluating soil rhizobacteria for their ability to enhance plant growth and tuber yield in potato. Annals of Applied Biology. 2010;157(2):259–271. DOI: https://doi.org/10.1111/j.1744-7348.2010.00421.xOswald A., Calvo V. P., Davila D. Z., Pineda J. A. Evaluating soil rhizobacteria for their ability to enhance plant growth and tuber yield in potato. Annals of Applied Biology. 2010;157(2):259–271. DOI: https://doi.org/10.1111/j.1744-7348.2010.00421.xTkachenko O. V., Evseeva N. V., Boikova N. V., Matora L. Y., Burygin G. L., Lobachev Y. V., Shchyogolev S. Y. Improved potato microclonal reproduction with the plant-growth promoting rhizobacteria Azospirillum. Agronomy for Sustainable Development. 2015;35:1167–1174. DOI: https://doi.org/10.1007/s13593-015-0304-3Tkachenko O. V., Evseeva N. V., Boikova N. V., Matora L. Y., Burygin G. L., Lobachev Y. V., Shchyogolev S. Y. Improved potato microclonal reproduction with the plant-growth promoting rhizobacteria Azospirillum. Agronomy for Sustainable Development. 2015;35:1167–1174. DOI: https://doi.org/10.1007/s13593-015-0304-3Burygin G. L., Kargapolova K. Y., Kryuchkova Y. V., Avdeeva E. S., Gogoleva N. E., Ponomaryova T. S., Tkachenko O. V. Ochrobactrum cytisi IPA7.2 promotes growth of potato microplants and is resistant to abiotic stress. World Journal of Microbiology and Biotechnology. 2019;35(4):55. DOI: https://doi.org/10.1007/s11274-019-2633-xBurygin G. L., Kargapolova K. Y., Kryuchkova Y. V., Avdeeva E. S., Gogoleva N. E., Ponomaryova T. S., Tkachenko O. V. Ochrobactrum cytisi IPA7.2 promotes growth of potato microplants and is resistant to abiotic stress. World Journal of Microbiology and Biotechnology. 2019;35(4):55. DOI: https://doi.org/10.1007/s11274-019-2633-xKargapolova K. Y., Burygin G. L., Tkachenko O. V., Evseeva N. V., Pukhalskiy Y. V., Belimov A. A. Effectiveness of inoculation of in vitro grown potato microplants with rhizosphere bacteria of the genus Azospirillum. Plant Cell Tissue and Organ Culture. 2020;141:351–359. DOI: https://doi.org/10.1007/s11240-020-01791-9Kargapolova K. Y., Burygin G. L., Tkachenko O. V., Evseeva N. V., Pukhalskiy Y. V., Belimov A. A. Effectiveness of inoculation of in vitro grown potato microplants with rhizosphere bacteria of the genus Azospirillum. Plant Cell Tissue and Organ Culture. 2020;141:351–359. DOI: https://doi.org/10.1007/s11240-020-01791-9Каргаполова К. Ю., Ткаченко О. В., Бурыгин Г. Л., Евсеева Н. В., Широков А. А., Матора Л. Ю., Щёголев С. Ю. Повышение эффективности клонального микроразмножения картофеля при инокуляции ризосферными бактериями Azospirillum baldaniorum Sp245 и Ochrobactrum cytisi IPA7.2. Вавиловский журнал генетики и селекции. 2022;26(5):422–430. DOI: https://doi.org/10.18699/VJGB-22-52 EDN: CMNBUZKargapolova K. Yu., Tkachenko O. V., Burygin G. L., Evseeva N. V., Shirokov A. A., Matora L. Yu., Shchegolev S. Yu. Improving the efficacy of potato clonal micropropagation by inoculation with the rhizosphere bacteria Azospirillum baldaniorum Sp245 and Ochrobactrum cytisi IPA7.2. Vavilovskiy zhurnal genetiki i selektsii = Vavilov Journal of Genetics and Breeding. 2022;26(5):422–430. (In Russ.). DOI: https://doi.org/10.18699/VJGB-22-52Ренёв Н. О., Мальчевский В. А., Субботин А. М., Петров С. А. Рост и развитие микрорастений картофеля in vitro под влиянием метаболитов бактерий, выделенных из многолетнемерзлых пород. Природные ресурсы Арктики и Субарктики. 2023;28(3):435–442. DOI: https://doi.org/10.31242/2618-9712-2023-28-3-435-442 EDN: BXXRPARenev N. O., Malchevskiy V. A., Subbotin A. M., Petrov S. A. Growth and development of potato microplants in vitro under the influence of bacterial metabolites isolated from permafrost. Prirodnye resursy Arktiki i Subarktiki = Arctic and Subarctic Natural Resources. 2023;28(3):435–442. (In Russ.). DOI: https://doi.org/10.31242/2618-9712-2023-28-3-435-442Eid A. R., Bayoumi S. R., El-Argawy E., Ghozlan M. H. The Role of Thaxtomin A and Necrosis Protein in Virulence of Streptomyces scabies that Cause Potato Common Scab Disease. Alexandria Science Exchange Journal. 2022;43(2):289–299. DOI: https://doi.org/10.21608/asejaiqjsae.2022.242243Eid A. R., Bayoumi S. R., El-Argawy E., Ghozlan M. H. The Role of Thaxtomin A and Necrosis Protein in Virulence of Streptomyces scabies that Cause Potato Common Scab Disease. Alexandria Science Exchange Journal. 2022;43(2):289–299. DOI: https://doi.org/10.21608/asejaiqjsae.2022.242243Vurukonda S. S. K. P., Giovanardi D., Stefani E. Plant Growth Promoting and Biocontrol Activity of Streptomyces spp. as Endophytes. International Journal of Molecular Sciences. 2018;19(4):952. DOI: https://doi.org/10.3390/ijms19040952Vurukonda S. S. K. P., Giovanardi D., Stefani E. Plant Growth Promoting and Biocontrol Activity of Streptomyces spp. as Endophytes. International Journal of Molecular Sciences. 2018;19(4):952. DOI: https://doi.org/10.3390/ijms19040952Nazari M. T., Schommer V. A., Braun J. C. A., dos Santos L. F., Lopes S. T., Simon V. et al. Using Streptomyces spp. as plant growth promoters and biocontrol agents. Rhizosphere. 2023;27:100741. DOI: https://doi.org/10.1016/j.rhisph.2023.100741Nazari M. T., Schommer V. A., Braun J. C. A., dos Santos L. F., Lopes S. T., Simon V., et al. Using Streptomyces spp. as plant growth promoters and biocontrol agents. Rhizosphere. 2023;27:100741. DOI: https://doi.org/10.1016/j.rhisph.2023.100741Назарова Я. И., Широких И. Г., Бакулина А. В., Баранова Е. Н., Ашихмина Т. Я. Идентификация двух ризосферных изолятов стрептомицетов и изучение in vitro их колонизирующей активности. Теоретическая и прикладная экология. 2019;(3):72–79. DOI: https://doi.org/10.25750/1995-4301-2019-3-072-079 EDN: BRUBMQNazarova Ya. I., Shirokikh I. G., Bakulina A. V., Baranova E. N., Ashikhmina T. Ya. Identification of two strains of streptomycetes from the rhizosphere and in vitro study of their colonizing activity. Teoreticheskaya i prikladnaya ekologiya = Theoretical and Applied Ecology. 2019;(3):72–79. (In Russ.). DOI: https://doi.org/10.25750/1995-4301-2019-3-072-079Назарова Я. И., Бакулина А. В., Широких И. Г. Изучение влияния ризосферного штамма Streptomyces sp. ТК-5 на рост меристемного картофеля. Мелиорация почв для устойчивого развития сельского хозяйства: мат-лы научн.-практ. конф. Киров: Вятская государственная сельскохозяйственная академия, 2019. С. 192–196. Режим доступа: https://elibrary.ru/item.asp?id=37651838 EDN: LNCLFFNazarova Ya. I., Bakulina A. V., Shirokikh I. G. To study the effect of the rhizospheric strain Streptomyces sp. TK-5 on the growth of meristemic potatoes. Soil reclamation for sustainable agricultural development: Proceedings of scientific and practical conf. Kirov: Vyatskaya gosudarstvennaya sel'skokhozyaystvennaya akademiya, 2019. pp. 192–196. URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=37651838Бакулина А. В., Назарова Я. И., Широких И. Г. Изучение колонизации меристемных растений картофеля ризосферным штаммом Streptomyces flavogriseus ТК-5 в монокультуре и в ассоциации с Agrobacterium tumefaciens СТ-1. IX Съезд общества физиологов растений России «Физиология растений – основа создания растений будущего». Казань, 2019. С. 54. DOI: https://doi.org/10.26907/978-5-00130-204-9-2019-54 EDN: LJZUWKBakulina A. V., Nazarova Ya. I., Shirokikh I. G. Study of colonization of meristematic potato plants by rhizosphere strain Streptomyces flavogriseus TK-5 in monoculture and in association with Agrobacterium tumefaciens CT-1. In Proceedings of the IX Congress of the Society of Plant Physiologists of Russia «Plant Physiology is the Basis for Creating Plants of the Future». Kazan', 2019. p. 54. DOI: https://doi.org/10.26907/978-5-00130-204-9-2019-54Бакулина А. В., Назарова Я. И., Широких И. Г. Изучение влияния Streptomyces antimycoticus 8Al3 на растения картофеля, зараженные бактерией Clavibacter michiganensis СММ 1519. Методы и технологии в селекции растений и растениеводстве: мат-лы VII Междунар. науч.-практ. конф. Киров: ФАНЦ Северо-Востока им. Н. В. Рудницкого, 2021. С. 293–297. Режим доступа: https://elibrary.ru/item.asp?id=46351650 EDN: FAPLAUBakulina A. V., Nazarova Ya. I., Shirokikh I. G. Study of the influence of Streptomyces antimycoticus 8Al3 on potato plants infected with the bacterium Clavibacter michiganensis CMM 1519. Methods and technologies in plant breeding and crop production: Proceedings of the VII International scientific and practical conf. Kirov: FANTs Severo-Vostoka im. N. V. Rudnitskogo, 2021. pp. 293–297. URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=46351650Гаузе Г. Ф., Преображенская Т. П., Свешникова М. А., Терехова Л. П., Максимова Т. С. Определитель актиномицетов. М.: Наука, 1983. 246 с.Gauze G. F., Preobrazhenskaya T. P., Sveshnikova M. A., Terekhova L. P., Maksimova T. S. Identifier of actinomycetes. Moscow: Nauka, 1983. 246 p.Libbert 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.xМерзаева О. В., Широких И. Г. Образование ауксинов эндофитными актинобактериями озимой ржи. Прикладная биохимия и микробиология. 2010;46(1):51–57. Режим доступа: https://elibrary.ru/item.asp?id=13044956 EDN: KZMASTMerzaeva O. V., Shirokikh I. G. The production of auxins by the endophytic bacteria of winter rye. Prikladnaya biokhimiya i mikrobiologiya. 2010;46(1):51–57. (In Russ.). URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=13044956 20. Murashige T., Skoog G. A revised medium for rapid growth and bio assays with tobacco tissue cultures. Physiologia Plantarum. 1962;15(3):473–497. DOI: https://doi.org/10.1111/j.1399-3054.1962.tb08052.xMurashige T., Skoog G. A revised medium for rapid growth and bio assays with tobacco tissue cultures. Physiologia Plantarum. 1962;15(3):473–497. DOI: https://doi.org/10.1111/j.1399-3054.1962.tb08052.xMurashige T., Skoog G. A revised medium for rapid growth and bio assays with tobacco tissue cultures. Physiologia Plantarum. 1962;15(3):473–497. DOI: https://doi.org/10.1111/j.1399-3054.1962.tb08052.x

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