Изучение агрономически ценных синергетических эффектов в бинарных культурах почвенных стрептомицетов

Совместное культивирование микроорганизмов может быть действенным способом управления их ферментативной активностью и синтезом вторичных метаболитов, базирующимся на явлении синергизма. В работе проведена оценка влияния совместного культивирования в различных сочетаниях четырех местных изолятов рода Streptomyces на их целлюлазную активность, антифитопатогенное и фиторегуляторное действие. Штаммы S. antimycoticus 8Al3 и Streptomyces sp. Н 27-25 проявляли антагонистическое действие по отношению к грибам рода Fusarium и Alternaria. В составе бинарных культур присутствовали штамм-целлюлозолитик и штамм-антагонист. Существенно более высокую целлюлазную активность в сравнении с монокультурой (3800 усл. ед./10 мин /г) продемонстрировала бинарная ассоциация штаммов S. griseoaurantiacus Мб 4-2 + S. antimycoticus 8Al3 (13215 усл. ед./10 мин/г). При сокультивировании этих изолятов отмечено также увеличение антифунгальной активности бинарной культуры (18,76±6,1 мм) по сравнению с входящим в ее состав S. antimycoticus 8Al3 (11,09±6,39 мм). Средняя величина зон ингибирования роста фитопатогенных грибов (18,76±6,1 мм) была сопоставима с таковыми у препарата сравнения – коммерческого антимикотика тербинафина (19,8±6,2 мм). Бинарные искусственные ассоциации в тестах на фиторегуляторное действие, как и монокультуры входящих в них изолятов стрептомицетов, не оказали существенного влияния на всхожесть и морфометрию проростков пшеницы. Отсутствие фитоингибирующего действия бинарной культуры S. griseoaurantiacus Мб 4-2 + S. antimycoticus 8Al3, при сочетании таких агрономически ценных свойств, как целлюлазная активность и антагонизм к фитопатогенным грибам, дают основание к ее использованию для разработки почвоулучшающего биопрепарата. Дальнейшее изучение свойств бинарной ассоциации, в частности возможности ее комбинации с PGPR-бактериями (Plant Growth-Promoting Rhizobacteria), составит предмет дальнейших исследований.

1. Yang J., Hsiang T., Bhadauria V., Xiao-Lin C., Guotian L. Plant Fungal Pathogenesis. BioMed Research International. 2017;(2017):1-2. DOI: https://doi.org/10.1155/2017/9724283

2. Yu Z., Han C., Yu B., Zhao J., Yan Y., Huang S., Liu C., Xiang W. Taxonomic Characterization, and Secondary Metabolite Analysis of Streptomyces triticiradicis sp. nov.: A Novel Actinomycete with Antifungal Activity. Microorganisms. 2020;8(1):77. DOI: https://doi.org/10.3390/microorganisms8010077

3. Maglangit F., Fang Q., Kyeremeh K., Sternberg J. M., Ebel R., Deng H. A Co-Culturing Approach Enables Discovery and Biosynthesis of a Bioactive Indole Alkaloid Metabolite. Molecules. 2020;25(2):256. DOI: https://doi.org/10.3390/molecules25020256

4. Dong L., Bian X., Zhao Y., Yang H., Xu Y., Han Y., Zhang L. Rhizosphere analysis of field-grown Panax ginseng with different degrees of red skin provides the basis for preventing red skin syndrome. BMC Microbiology. 2022;22:12. DOI: https://doi.org/10.1186/s12866-021-02430-9

5. Fang X., Wang H., Zhao L., Wang M., Sun M. Diversity and structure of the rhizosphere microbial communities of wild and cultivated ginseng. BMC Microbiology. 2022;22:2. DOI: https://doi.org/10.1186/s12866-021-02421-w

6. Priyanka J. V., Rajalakshmi S., Senthil Kumar P., Krishnaswamy V. G., Al Farraj D. A., Elshikh M. S., Gawwad M. R. A. Bioremedremediation of soil contaminated with toxic mixed reactive azo dyes by co-cultured cells of Enterobacter cloacae and Bacillus subtilis. Environmental Research. 2022;204(Part B):112136. DOI: https://doi.org/10.1016/j.envres.2021.112136

7. Li J., Zhang L., Yao G., Zhu L., Lin J., Wang C., Du B., Ding Y., Mei X. Synergistic effect of co-culture rhizosphere Streptomyces: A promising strategy to enhance antimicrobial activity and plant growth-promoting function. Front Microbiol. 2022;13:976484. DOI: https://doi.org/10.3389/fmicb.2022.976484

8. Park H. B., Park J. S., Lee S. I., Shin B., Oh D. C., Kwon H. C. Gordonic Acid, a Polyketide Glycoside Derived from Bacterial Coculture of Streptomyces and Gordonia Species. Journal of Natural Products. 2017;80(9):2542-2546. DOI: https://doi.org/10.1021/acs.jnatprod.7b00293

9. Sinjaroonsak S., Chaiyaso T., H-Kittikun A. Optimization of Cellulase and Xylanase Productions by Streptomyces thermocoprophilus TC13W Using Low Cost Pretreated Oil Palm Empty Fruit Bunch. Applied Biochemistry and Biotechnology. 2019;189(1):76-86. DOI: https://doi.org/10.1007/s12010-019-02986-3

10. Celaya-Herrera S., Casados-Vázquez L. E., Valdez-Vazquez I., Barona-Gómez F., Bideshi D. K., Barboza-Corona J. E. A Cellulolytic Streptomyces Sp. Isolated from a Highly Oligotrophic Niche Shows Potential for Hydrolyzing Agricultural Wastes. BioEnergy Research. 2021;14(5):333-343. DOI: https://doi.org/10.1007/s12155-020-10174-z

11. Baltz R. H. Genetic manipulation of secondary metabolite biosynthesis for improved production in Streptomyces and other actinomycetes. Journal of Industrial Microbiology and Biotechnology. 2016;43(2-3):343-370. DOI: https://doi.org/10.1007/s10295-015-1682-x

12. Makitrynskyy R., Tsypik O., Bechthold A. Genetic Engineering of Streptomyces ghanaensis ATCC14672 for Improved Production of Moenomycins. Microorganisms. 2022;10(1):30. DOI: https://doi.org/10.3390/microorganisms10010030

13. Боков Н. А., Назарова Я. И., Широких И. Г. Изменение целлюлазной активности стрептомицетов в зависимости от продолжительности культивирования. Экология родного края: проблемы и пути их решения: мат-лы XVII Всеросс. научн.-практ. конф. с междунар. участием. Киров: Вятский государственный университет, 2022. С. 15-19. Режим доступа: https://elibrary.ru/item.asp?id=49235975 EDN: NUSQPC

14. Боков Н. А., Широких И. Г. Оценка фиторегуляторной активности стрептомицетов-целлюлозолитиков. Биодиагностика состояния природных и природно-техногенных систем: мат-лы ХX Всеросс. научн.- практ. конф. с междунар. участием. Киров: Вятский государственный университет, 2022. С. 203-207. Режим доступа: https://elibrary.ru/item.asp?id=49950177 EDN: SVQIHV

15. Широких И. Г., Назарова Я. И., Бакулина А. В., Абубакирова Р. И. Новые штаммы стрептомицетов как перспективные биофунгициды. Теоретическая и прикладная экология. 2021;(1):172-180. DOI: https://doi.org/10.25750/1995-4301-2021-1-172-180 EDN: SUHXUY

16. Ryan M. C., Stucky M., Wakefield C., Melott J. M., Akbani R., Weinstein J. N., Broom B. M. Interactive Clustered Heat Map Builder: An easy web-based tool for creating sophisticated clustered heat maps. F1000Research. 2019;(8):1750. DOI: https://doi.org/10.12688/f1000research.20590.2

17. Baltaci M. O. Enhancement of cellulase production by co-culture of Streptomyces ambofaciens OZ2 and Cytobacillus oceanisediminis OZ5 isolated from rumen samples. Biocatalysis and Biotransformation. 2022;40(2):144-152. DOI: https://doi.org/10.1080/10242422.2022.2038581

18. Detain J., Rémond C., Rodrigues C. M., Harakat D., Besaury L. Co-elicitation of lignocelluloytic enzymatic activities and metabolites production in an Aspergillus-Streptomyces co-culture during lignocellulose fractionation. Current Research in Microbial Sciences. 2022;3:100108. DOI: https://doi.org/10.1016/j.crmicr.2022.100108

19. Ueda K., Beppu T. Antibiotics in microbial coculture. The Journal of Antibiotics. 2017;(70):361-365. DOI: https://doi.org/10.1038/ja.2016.127

20. Octarya Z., Nugroho T. T., Nurulita Y., Suraya N., Saryono. Production of antifungal compounds from Bacillus paramycoides LBKURCC218 and Aspergillus fumigatus LBKURCC269 co-cultivation. Materials Today: Proceedings. 2023;87(2):120-125. DOI: https://doi.org/10.1016/j.matpr.2023.02.382

21. Широких И. Г., Комлева А. В. Выделение и характеристика нового штамма стрептомицетапродуцента боррелидина. Экология родного края: проблемы и пути их решения: мат-лы XVII Всерос. науч.- практ. конф. с междунар. участием. Т. Кн. 2. Киров: Вятский государственный университет, 2022. С. 10-15. Режим доступа: https://elibrary.ru/item.asp?id=49235974 EDN: DVXSFB

22. Куликова Н. А. Получение и масштабы применения гербицидов: история и современные тенденции. Проблемы агрохимии и экологии. 2020;(2):52-68. DOI: https://doi.org/10.26178/AE.2020.2019.4.016 EDN: IUECEH