Увеличение антимикробной активности бактерий Pseudomonas brassicacearum S-1 в результате инактивации генов lysR3 и mtfA

  • Анна Алексеевна Муратова Институт микробиологии НАН Беларуси, ул. Академика В. Ф. Купревича, 2, 220141, г. Минск, Беларусь https://orcid.org/0000-0002-8043-3361
  • Марина Николаевна Мандрик-Литвинкович Институт микробиологии НАН Беларуси, ул. Академика В. Ф. Купревича, 2, 220141, г. Минск, Беларусь
  • Леонид Николаевич Валентович Институт микробиологии НАН Беларуси, ул. Академика В. Ф. Купревича, 2, 220141, г. Минск, Беларусь; Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь
DOI: https://doi.org/10.33581/2521-1722-2021-2-52-63

Аннотация

Проведена направленная безмаркерная инактивация генов lysR3 и mtfA у бактерий Pseudomonas brassicacearum S-1. Показано, что у штаммов P. brassicacearum S-1-lysR3, P. brassicacearum S-1-mtfA и P. brassicacearum S-1- lysR3-mtfA антагонистическая активность в отношении ряда фитопатогенов в 1,2–1,6 раза выше, чем у исходного штамма. Полученные мутантные варианты в модельном эксперименте не оказывали фитотоксического действия на рост и развитие растений томата, огурца и петрушки. При обработке семян томата и огурца раствором культуральной жидкости штамма P. brassicacearum S-1-lysR3-mtfA длина корней проростков увеличивалась в 1,4 раза в сравнении с длиной корней при воздействии исходного штамма. Также было показано, что исследованные штаммы способны выживать в почвенном микробном консорциуме.

Биографии авторов

Анна Алексеевна Муратова, Институт микробиологии НАН Беларуси, ул. Академика В. Ф. Купревича, 2, 220141, г. Минск, Беларусь

младший научный сотрудник лаборатории «Центр аналитических и генно-инженерных исследований»

Марина Николаевна Мандрик-Литвинкович, Институт микробиологии НАН Беларуси, ул. Академика В. Ф. Купревича, 2, 220141, г. Минск, Беларусь

кандидат биологических наук, доцент; заведующий лабораторией молекулярной диагностики и биологического контроля фитопатогенных микроорганизмов отдела биотехнологии средств биологического контроля

Леонид Николаевич Валентович, Институт микробиологии НАН Беларуси, ул. Академика В. Ф. Купревича, 2, 220141, г. Минск, Беларусь; Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь

кандидат биологических наук, доцент; заведующий лабораторией «Центр аналитических и генно-инженерных исследований» Института микробиологии НАН Беларуси, старший преподаватель кафедры молекулярной биологии биологического факультета Белорусского государственного университета

Литература

  1. Maksimov IV, Abizgil’dina RR, Pusenkova LI. Plant growth promoting rhizobacteria as alternative to chemical crop protectors from pathogens (review). Applied Biochemistry and Microbiology. 2011;47(4):333–345. DOI: 10.1134/S0003683811040090.
  2. Labite H, Butler F, Cummins E. A review and evaluation of plant protection product ranking tools used in agriculture. Human and Ecological Risk Assessment: An International Journal. 2011;17(2):300–327. DOI: 10.1080/10807039.2011.552392.
  3. Stockwell VO, Stack JP. Using Pseudomonas spp. for integrated biological control. Phytopathology. 2007;97(2):244–249. DOI: 10.1094/PHYTO-97-2-0244.
  4. Nelkner J, Torres Tejerizo G, Hassa J, Lin TW, Witte J, Verwaaijen B, et al. Genetic potential of the biocontrol agent Pseudomonas brassicacearum (formerly P. trivialis) 3Re2-7 unraveled by genome sequencing and mining, comparative genomics and transcriptomics. Genes. 2019;10(8):601. DOI: 10.3390/genes10080601.
  5. Pylak M, Oszust K, Frąc M. Review report on the role of bioproducts, biopreparations, biostimulants and microbial inoculants in organic production of fruit. Reviews in Environmental Science and Bio/Technology. 2019;18(3):597–616. DOI: 10.1007/s11157- 019-09500-5.
  6. de Souza R, Ambrosini A, Passaglia LMP. Plant growth-promoting bacteria as inoculants in agricultural soils. Genetics and Molecular Biology. 2015;38(4):401–419. DOI: 10.1590/S1415-475738420150053.
  7. Valentovich LN, Muratova AA, Shavela YuV, Sikolenko MA, Akhremchuk AE. Sequencing and analysis of genomes of bacteria used to protect plants and animals from diseases. In: Tikhonovich IA, editor. Abstract book of the 2nd International scientific conference «Plants and microbes: the future of biotechnology» PLAMIC2020; 2020 October 5–9; Saratov, Russia. Saratov: Association «Agrarian Education and Science»; 2020. p. 264. Russian.
  8. Kolomiets EI, Kuptsov VN, Sverchkova NV, Evsegneeva NV, Mandrik-Litvinkovich MN, Mishin LT, et al. [Bacteria Pseudomonas aurantiaca BIM B-446 – the basis of biopesticide ecogreen intended for control of vegetable and green crop pathogens in low-scale hydroponics]. In: Mikrobnye biotekhnologii: fundamental’nye i prikladnye aspekty. Tom 4 [Microbial biotechnology: fundamental and applied aspects. Volume 4]. Minsk: Belaruskaja navuka; 2012. p. 98–107. Russian.
  9. Jing X, Cui Q, Li X, Yin J, Ravichandran V, Pan D, et al. Engineering Pseudomonas protegens Pf-5 to improve its antifungal activity and nitrogen fixation. Microbial Biotechnology. 2020;13(1):118–133. DOI: 10.1111/1751-7915.13335.
  10. Muratova AA, Mandryk-Litvinkovich MN, Nasonova TL, Valentovich LN, Kolomiets EI, Titok MA. Molecular genetic analy sis of the determinants associated of antimicrobial properties of bacteria Pseudomonas brassicacearum BIM В-446. Proceedings of the National Academy of Sciences of Belarus. Biological Series. 2016;3:81–84. Russian.
  11. Muratova AA, Mandrik-Litvinkovich MN, Valentovich LN, Kolomiets EI. Molecular genetic analysis of the genome of bacteria Pseudomonas brassicacearum BIM В-446, stimulating the growth and development of agricultural plants. In: Proceedings of the International conference «Biological plant protection is the basis of agroecosystems stabilization. Formation and prospects of the development of organic agriculture in the Russian Federation»; 2018 September 11–13; Krasnodar, Russia. Krasnodar: Granat; 2018. p. 56–59. Russian.
  12. Bertani G. Studies on lysogenesis I: the mode of phage liberation by lysogenic Escherichia coli. Journal of Bacteriology. 1951; 62(3):293–300. DOI: 10.1128/JB.62.3.293-300.1951.
  13. Meynell GG, Meynell E. Theory and practice in experimental bacteriology. New York: Cambridge University Press; 1965. 274 p. Russian edition: Meynell G, Meynell E. Eksperimental’naya mikrobiologiya (Teoriya i praktika). Мoscow: Mir; 1967. 347 p.
  14. Metcalf WW, Jiang W, Wanner BL. Use of the rep technique for allele replacement to construct new Escherichia coli hosts for maintenance of R6Kλ origin plasmids at different copy numbers. Gene. 1994;138(1–2):1–7. DOI: 10.1016/0378-1119(94)90776-5.
  15. Pridmore RD. New and versatile cloning vectors with kanamycin-resistance marker. Gene. 1987;56(2–3):309–312. DOI: 10.1016/0378-1119(87)90149-1.
  16. Quandt J, Hynes MF. Versatile suicide vectors which allow direct selection for gene replacement in gram-negative bacteria. Gene. 1993;127(1):15–21. DOI: 10.1016/0378-1119(93)90611-6.
  17. Luo Xi, Yang Y, Ling W, Zhuang H, Li Q, Shang G. Pseudomonas putida KT2440 markerless gene deletion using a combination of λ Red recombineering and Cre/loxP site-specific recombination. FEMS Microbiology Letters. 2016;363(4):fnw014. DOI: 10.1093/femsle/fnw014.
  18. Sambrook J, Russell DW. Molecular cloning: a laboratory manual. 3rd edition. New York: Cold Spring Harbor Laboratory Press; 2001. 3 volumes.
  19. Buinitskaya SV, Pilipenok NN, Valentovich LN. Optimization of recombineering for directed mutagenesis of bacteria Pseudomonas corrugata 3′. In: Mikrobnye biotekhnologii: fundamental’nye i prikladnye aspekty. Tom 11 [Microbial biotechnology: fundamental and applied aspects. Volume 11]. Minsk: Belaruskaja navuka; 2019. p. 45–61. Russian.
  20. Szegi J. Talajmikrobiológiai vizsgalati modszerek. Budapest: Mezogazdasagi kiado; 1979. 310 p. Russian edition: Szegi J. Metody pochvennoi mikrobiologii. Kurennyi IF, translator; Muromtsev GS, editor. Moscow: Kolos; 1983. 296 p.
  21. Zenova GM, Stepanov AL, Likhacheva AA, Manucharova NA. Praktikum po biologii pochv [Workshop on soil biology]. Moscow: Izdatel’stvo Moskovskogo universiteta; 2002. 120 p. Russian.
  22. Altschul SF, Gish W, Miller W, Myers EW, Lipman DJ. Basic local alignment search tool. Journal of Molecular Biology. 1990; 215(3):403–410. DOI: 10.1016/S0022-2836(05)80360-2.
  23. Tatusova T, DiCuccio M, Badretdin A, Chetvernin V, Nawrocki EP, Zaslavsky L, et al. NCBI prokaryotic genome annotation pipeline. Nucleic Acids Research. 2016;44(14):6614–6624. DOI: 10.1093/nar/gkw569.
  24. Wargo MJ. Homeostasis and catabolism of choline and glycine betaine: lessons from Pseudomonas aeruginosa. Applied and Environmental Microbiology. 2013;79(7):2112–2120. DOI: 10.1128/AEM.03565-12.
  25. Göhler A-K, Staab A, Gabor E, Homann K, Klang E, Kosfeld A, et al. Characterization of MtfA, a novel regulatory output signal protein of the glucose-phosphotransferase system in Escherichia coli K-12. Journal of Bacteriology. 2012;194(5):1024–1035. DOI: 10.1128/JB.06387-11.
  26. Pan X, Sun C, Tang Mi, You J, Osire T, Zhao Y, et al. LysR-type transcriptional regulator MetR controls prodigiosin production, methionine biosynthesis, cell motility, H2O2 tolerance, heat tolerance, and exopolysaccharide synthesis in Serratia marcescens. Applied and Environmental Microbiology. 2020;86(4):e02241-19. DOI: 10.1128/AEM.02241-19.
  27. Li Y, Yamazaki A, Zou L, Biddle E, Zeng Q, Wang Y, et al. ClpXP protease regulates the type III secretion system of Dickeya dadantii 3937 and is essential for the bacterial virulence. Molecular Plant-Microbe Interactions. 2010;23(7):871–878. DOI: 10.1094/ MPMI-23-7-0871.
  28. Ades SE, Connolly LE, Alba BM, Gross CA. The Escherichia coli σE-dependent extracytoplasmic stress response is controlled by the regulated proteolysis of an anti-σ factor. Genes & Development. 1999;13(18):2449–2461. DOI: 10.1101/gad.13.18.2449.
  29. Figaj D, Ambroziak P, Przepiora T, Skorko-Glonek J. The role of proteases in the virulence of plant pathogenic bacteria. International Journal of Molecular Sciences. 2019;20(3):672. DOI: 10.3390/ijms20030672.
Опубликован
2021-07-01
Ключевые слова: мутагенез, рекомбинерия, антимикробная активность, Pseudomonas brassicacearum, ростостимуляция
Как цитировать
Муратова, А. А., Мандрик-Литвинкович, М. Н., & Валентович, Л. Н. (2021). Увеличение антимикробной активности бактерий Pseudomonas brassicacearum S-1 в результате инактивации генов lysR3 и mtfA. Экспериментальная биология и биотехнология, 2, 52-63. https://doi.org/10.33581/2521-1722-2021-2-52-63
Выпуск
№ 2 (2021): Журнал Белорусского государственного университета. Биология
Раздел
Биотехнология и микробиология

Copyright (c) 2021 Журнал Белорусского государственного университета. Биология

Лицензия Creative Commons

Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial» («Атрибуция — Некоммерческое использование») 4.0 Всемирная.

Авторы, публикующиеся в данном журнале, соглашаются со следующим:

  1. Авторы сохраняют за собой авторские права на работу и предоставляют журналу право первой публикации работы на условиях лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial. 4.0 International (CC BY-NC 4.0).
  2. Авторы сохраняют право заключать отдельные контрактные договоренности, касающиеся неэксклюзивного распространения версии работы в опубликованном здесь виде (например, размещение ее в институтском хранилище, публикацию в книге) со ссылкой на ее оригинальную публикацию в этом журнале.
  3. Авторы имеют право размещать их работу в интернете (например, в институтском хранилище или на персональном сайте) до и во время процесса рассмотрения ее данным журналом, так как это может привести к продуктивному обсуждению и большему количеству ссылок на данную работу. (См. The Effect of Open Access).