vuzbiochemiИзвестия вузов. Прикладная химия и биотехнологияProceedings of Universities. Applied Chemistry and Biotechnology2227-29252500-1558ИРНИТУ10.21285/2227-2925-2023-13-4-545-551EMVBJKvuzbiochemi-1124Research ArticleФИЗИКО-ХИМИЧЕСКАЯ БИОЛОГИЯPHYSICOCHEMICAL BIOLOGYМикроорганизмы, населяющие эндо- и ризосферу эндемичного растения Прибайкалья Hedysarum zundukii (Fabaceae)Microorganisms inhabiting the endo- and rhizosphere of Hedysarum zundukii (Fabaceae) endemic to the Baikal regionhttps://orcid.org/0009-0005-3793-4493ВасильевИ. А.VasilevI. A.

Васильев Илья Александрович, аспирант, ведущий инженер

664033, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 132

Ilya A. Vasilev, Postgraduate Student, Leading Engineer

132, Lermontov St., Irkutsk, 664033

ilvasil85@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0003-2658-1723КривенкоД. А.KrivenkoD. A.

Кривенко Денис Александрович, к.б.н., ведущий научный сотрудник

664033, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 132

Denis A. Krivenko, Cand. Sci. (Biology), Leading Researcher

132, Lermontov St., Irkutsk, 664033

krivenko.irk@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0002-8788-5352ПетрушинИ. С.PetrushinI. S.

Петрушин Иван Сергеевич, к.т.н., научный сотрудник

664033, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 132

Ivan S. Petrushin, Cand. Sci. (Engineering), Researcher

132, Lermontov St., Irkutsk, 664033

ivan.kiel@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0002-2631-4724КондратовИ. Г.KondratovI. G.

Кондратов Илья Геннадьевич, к.б.н., научный сотрудник

664003, г. Иркутск, ул. Тимирязева, 16

Ilya G. Kondratov, Cand. Sci. (Biology), Researcher

16, Timiryazev St., Irkutsk, 664003

 

kondratovig@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-3168-1983ОгарковО. Б.OgarkovO. B.

Огарков Олег Борисович, д.м.н., руководитель отдела эпидемиологии и микробиологии

664003, г. Иркутск, ул. Тимирязева, 16

Oleg B. Ogarkov, Dr. Sci. (Medicine), Head of Department of Epidemiology and Microbiology

16, Timiryazev St., Irkutsk, 664003

obogarkov@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0001-7767-4204МарковаЮ. А.MarkovaYu. A.

Маркова Юлия Александровна, д.б.н., главный научный сотрудник, заведующий лабораторией

664033, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 132

Yuliya A. Markova, Dr. Sci. (Biology), Chief Researcher, Head of the Laboratory

132, Lermontov St., Irkutsk, 664033

juliam06@mail.ruСибирский институт физиологии и биохимии растений СО РАНРоссияSiberian Institute of Plant Physiology and Biochemistry SB RASRussian FederationНаучный центр проблем здоровья семьи и репродукции человекаРоссияScientific Centre for Family Health and Human Reproduction ProblemsRussian Federation202327122023134545551Copyright © Васильев И.А., Кривенко Д.А., Петрушин И.С., Кондратов И.Г., Огарков О.Б., Маркова Ю.А., 20232023Васильев И.А., Кривенко Д.А., Петрушин И.С., Кондратов И.Г., Огарков О.Б., Маркова Ю.А.Vasilev I.A., Krivenko D.A., Petrushin I.S., Kondratov I.G., Ogarkov O.B., Markova Y.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vuzbiochemi.elpub.ru/jour/article/view/1124

Бактерии обеспечивают дополнительную устойчивость растений к неблагоприятным факторам окружающей среды, таким как недостаток питательных веществ в почве, наличие антропогенного загрязнения, присутствие фитопатогенов и т.д. Поиск ценных биотехнологических штаммов целесообразно проводить среди микроорганизмов, ассоциированных с растениями, произрастающими в неблагоприятных условиях среды обитания. Целью данной работы было выделение и описание микроорганизмов, населяющих эндо- и ризосферу узколокального эндемика Приольхонья (Ольхонский район Иркутской области) Hedysarum zundukii. В результате проделанной работы было выделено 88 штаммов микроорганизмов, причем грамположительные микроорганизмы преобладали как в ризо-, так и в эндосфере. В ризосфере подавляющее большинство штаммов относилось к актиномицетам. Из 25 идентифицированных изолятов 4 относятся к семейству Rhizobiaceae. Ризобактерия Phyllobacterium zundukense ранее была описана в составе микробиома корневых клубеньков бобового растения Oxytropis triphylla, также произрастающего в этом регионе. Обнаружение ее в ризосферной почве H. zundukii позволяет сделать предположение о том, что данный микроорганизм не связан с одним хозяином, а ассоциирован с разными видами бобовых. Особый интерес представляют штаммы Actinomycetia, а также Lysobacter sp. и Variovorax paradoxus, которые перспективны для дальнейшего изучения в качестве продуцентов биологически активных соединений, стимуляторов роста и развития растений или деструкторов поллютантов. Таким образом, изоляты, выделенные из ризо- и эндосферы H. Zundukii, могут обладать признаками, полезными для использования в биотехнологии, и требуют дальнейшего изучения.

Bacteria provide plants with additional resistance to adverse environmental factors, such as the lack of soil nutrients, anthropogenic pollution, the presence of phytopathogens, etc. The search for valuable biotechnological strains should be conducted among microorganisms associated with plants growing under unfavorable conditions. The present study aims to isolate and characterize microorganisms inhabiting the endo- and rhizosphere of Hedysarum zundukii, a local endemic of the Olkhon region (Olkhonsky District, Irkutsk Oblast). A total of 88 microbial strains were isolated, with Gram-positive microorganisms predominating in both the rhizo- and endosphere. In the rhizosphere, the vast majority of strains were found to belong to actinomycetes. Of the 25 identified isolates, four belong to the Rhizobiaceae family. The Phyllobacterium zundukense rhizobacterium was previously described as part of the microbiome of root nodules in Oxytropis triphylla also growing in this region. Its detection in the rhizosphere soil of H. zundukii suggests that this microorganism is associated with different legume species rather than with a single host. Of particular interest are the strains of Actinomycetia, as well as Lysobacter sp. and Variovorax paradoxus, which are promising for further study as producers of biologically active compounds, stimulators of plant growth and development, or pollutant degraders. Thus, isolates from both the rhizosphere and endosphere of H. Zundukii may possess traits useful for biotechnology and require further study.

Hedysarum zundukiiбобовыеризосферные и эндофитные микроорганизмыHedysarum zundukiiFabaceaerhizosphere microorganismsendophytic microorganismsРабота выполнена при поддержке гранта Российского научного фонда № 23-26-00204.The Russian Science Foundation (project no. 23-26-00204) financially supported the work.ReferencesGamalero E., Bona E., Glick B.R. Current techniques to study beneficial plant-microbe interactions // Microorganisms. 2022. Vol. 10, no. 7. P. 1380. DOI: 10.3390/microorganisms10071380.Gamalero E., Bona E., Glick B.R. Current techniques to study beneficial plant-microbe interactions. Microorganisms. 2022;10(7):1380. DOI: 10.3390/microorganisms10071380.Zolla G., Badri D.V., Bakker M.G., Manter D.K., Vivanco J.M. Soil microbiomes vary in their ability to confer drought tolerance to Arabidopsis // Applied Soil Ecology. 2013. Vol. 68. P. 1–9. DOI: 10.1016/j.apsoil.2013.03.007.Zolla G., Badri D.V., Bakker M.G., Manter D.K., Vivanco J.M. Soil microbiomes vary in their ability to confer drought tolerance to Arabidopsis. Applied Soil Ecology. 2013;68:1-9. DOI: 10.1016/j.apsoil.2013.03.007.Kour D., Rana K.L., Kaur T., Sheikh I., Yadav A.N., Kumar V., et al. Microbe-mediated alleviation of drought stress and acquisition of phosphorus in great millet (Sorghum bicolour L.) by drought-adaptive and phosphorus-solubilizing microbes // Biocatalysis and Agricultural Biotechnology. 2020. Vol. 23. P. 101501. DOI: 10.1016/j.bcab.2020.101501.Kour D., Rana K.L., Kaur T., Sheikh I., Yadav A.N., Kumar V., et al. Microbe-mediated alleviation of drought stress and acquisition of phosphorus in great millet (Sorghum bicolour L.) by drought-adaptive and phosphorus-solubilizing microbes. Biocatalysis and Agricultural Biotechnology. 2020;23:101501. DOI: 10.1016/j.bcab.2020.101501.Rane N.R., Tapase S., Kanojia A., Watharkar A., Salama E.-S., Jang M., et al. Molecular insights into plant– microbe interactions for sustainable remediation of contaminated environment // Bioresource Technology. 2022. Vol. 344. P. 126246. DOI: 10.1016/j.biortech.2021.126246.Rane N.R., Tapase S., Kanojia A., Watharkar A., Salama E.-S., Jang M., et al. Molecular insights into plant–microbe interactions for sustainable remediation of contaminated environment. Bioresource Technology. 2022;344:126246. DOI: 10.1016/j.biortech.2021.126246.Costa O.Y.A., Raaijmakers J.M., Kuramae E.E. Microbial extracellular polymeric substances: ecological function and impact on soil aggregation // Frontiers in Microbiology. 2018. Vol. 9. P. 1636. DOI: 10.3389/fmicb.2018.01636.Costa O.Y.A., Raaijmakers J.M., Kuramae E.E. Microbial extracellular polymeric substances: ecological function and impact on soil aggregation. Frontiers in Microbiology. 2018;9:1636. DOI: 10.3389/fmicb.2018.01636.Gorgi O.E., Fallah H., Niknejad Y., Tari D.B. Effect of plant growth promoting rhizobacteria (PGPR) and mycorrhizal fungi inoculations on essential oil in Melissa officinalis L. under drought stress // Biologia. 2022. Vol. 77. P. 11–20. DOI: 10.1007/s11756-021-00919-2.Gorgi O.E., Fallah H., Niknejad Y., Tari D.B. Effect of plant growth promoting rhizobacteria (PGPR) and mycorrhizal fungi inoculations on essential oil in Melissa officinalis L. under drought stress. Biologia. 2022;77:11-20. DOI: 10.1007/s11756-021-00919-2.Xu L., Pierroz G., Wipf H.M.-L., Gao C., Taylor J.W., Lemaux P.G., et al. Holo-omics for deciphering plant-microbiome interactions // Microbiome. 2021. Vol. 9. P. 69. DOI: 10.1186/s40168-021-01014-z.Xu L., Pierroz G., Wipf H.M.-L., Gao C., Taylor J.W., Lemaux P.G., et al. Holo-omics for deciphering plant-microbiome interactions. Microbiome. 2021;9:69. DOI: 10.1186/s40168-021-01014-z.Petrushin I.S., Vasilev I.A., Markova Yu.A. Drought tolerance of legumes: physiology and the role of the microbiome // Current Issues in Molecular Biology. 2023. Vol. 45, no. 8. P. 6311–6324. DOI: 10.3390/cimb45080398.Petrushin I.S., Vasilev I.A., Markova Yu.A. Drought tolerance of legumes: physiology and the role of the microbiome. Current Issues in Molecular Biology. 2023;45(8):6311-6324. DOI: 10.3390/cimb45080398.Ali S., Tyagi A., Park S., Mir R.A., Mushtaq M., Bhat B., et al. Deciphering the plant microbiome to improve drought tolerance: mechanisms and perspectives // Environmental and Experimental Botany. 2022. Vol. 201. P. 104933. DOI: 10.1016/j.envexpbot.2022.104933.Ali S., Tyagi A., Park S., Mir R.A., Mushtaq M., Bhat B., et al. Deciphering the plant microbiome to improve drought tolerance: mechanisms and perspectives. Environmental and Experimental Botany. 2022;201:104933. DOI: 10.1016/j.envexpbot.2022.104933.Rolli E., Vergani L., Ghitti E., Patania G., Mapelli F., Borin S. ‘Cry-for-help’ in contaminated soil: a dialogue among plants and soil microbiome to survive in hostile conditions // Environmental Microbiology. 2021. Vol. 23, no. 10. P. 5690–5703. DOI: 10.1111/1462-2920.15647.Rolli E., Vergani L., Ghitti E., Patania G., Mapelli F., Borin S. ‘Cry-for-help’ in contaminated soil: a dialogue among plants and soil microbiome to survive in hostile conditions. Environmental Microbiology. 2021;23(10):56905703. DOI: 10.1111/1462-2920.15647.Белозерцева И.А., Лопатина Д.Н., Зверева Н.А. Почвы восточного Приольхонья на побережье озера Байкал: современное состояние и использование // Бюллетень Почвенного института имени В.В. Докучаева. 2019. N 97. С. 21–51. DOI: 10.19047/0136-1694-201997-21-51. EDN: UAIHJB.Belozertseva I.A., Lopatina D.N., Zvereva N.A. Soils of the eastern Priol’khonye on the coast of the Lake Baikal: current state and use. Byulleten’ Pochvennogo instituta imeni V.V. Dokuchaeva = Dokuchaev Soil Bulletin. 2019;(97):21-51. (In Russian) DOI: 10.19047/0136-1694-2019-97-21-51. EDN: UAIHJB.Пешкова Г.А. Флорогенетический анализ степной флоры гор Южной Сибири. Новосибирск: Наука, 2001. 192 с.Peshkova G.A. Florogenetic analysis of the steppe flora of Southern Siberia mountains. Novosibirsk. Nauka; 2001, 192 p. (In Russian).Карнаухова Н.А., Селютина И.Ю., Казановский С.Г., Черкасова Е.С. Онтогенез и структура ценопопуляций Hedysarum zundukii (Fabaceae) – эндемика западного побережья озера Байкал // Ботанический журнал. 2008. Т. 93. N 5. С. 744–755. EDN: JTCQJT.Karnaukhova N.A., Seluytina I.Yu., Kazanovsky S.G., Cherkasova E.S. Onthogenesis and age structure of Hedysarum zundukii (Fabaceae), an endemic species of the western coast of Baikal Lake. Botanicheskii zhurnal. 2008;93(5):744-755. (In Russian). EDN: JTCQJT.Красная книга Российской Федерации (растения и грибы) / ред. Ю.П. Трутнев, P.P. Гизатулин, О.Л. Митволь, А.М. Амирханов, Р.В. Камелин, В.А. Орлов [и др.]. М.: Товарищество научных изданий КМК, 2008. 885 с. EDN: TCNFXR.Trutnev Yu.P., Gizatulin P.P., Mitvol’ O.L., Amirkhanov A.M., Kamelin R.V., Orlov V.A., et al. Red Book of the Russian Federation (plants and fungi). Moscow: Tovarishchestvo nauchnykh izdanii KMK; 2008, 885 p. (In Russian). EDN: TCNFXR.Красная книга Иркутской области / ред. С.М. Трофимова; отв. ред. В.В. Попов; сост. М.Г. Азовский, С.С. Алексеев, В.А. Барицкая, А.Д. Ботвинкин, Н.А. Букшук, А.В. Верхозина. Улан-Удэ: Республиканская типография, 2020. 552 с. EDN: LWLAJL.Azovskii M.G., Alekseev S.S., Baritskaya V.A., Botvinkin A.D., Bukshuk N.A., Verkhozina A.V., et al. Red Book of the Irkutsk Region. Ulan-Ude: Respublikanskaya tipografiya; 2020, 552 p. (In Russian). EDN: LWLAJL.Safronova V.I., Sazanova A.L., Kuznetsova I.G., Belimov A.A., Andronov E.E., Chirak E.R., et al. Phyllobacterium zundukense sp. nov., a novel species of rhizobia isolated from root nodules of the legume species Oxytropis triphylla (Pall.) Pers. // International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology. 2018. Vol. 68, no. 5. P. 1644–1651. DOI: 10.1099/ijsem.0.002722.Safronova V.I., Sazanova A.L., Kuznetsova I.G., Belimov A.A., Andronov E.E., Chirak E.R., et al. Phyllobacterium zundukense sp. nov., a novel species of rhizobia isolated from root nodules of the legume species Oxytropis triphylla (Pall.) Pers. International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology. 2018;68(5):1644-1651. DOI: 10.1099/ijsem.0.002722.Panthee S., Hamamoto H., Paudel A., Sekimizu K. Lysobacter species: a potential source of novel antibiotics // Archives of Microbiology. 2016. Vol. 198. P. 839–845. DOI: 10.1007/s00203-016-1278-5.Panthee S., Hamamoto H., Paudel A., Sekimizu K. Lysobacter species: a potential source of novel antibiotics. Archives of Microbiology. 2016;198:839-845. DOI: 10.1007/s00203-016-1278-5.Han J.-I., Spain J.C., Leadbetter J.R., Ovchinnikova G., Goodwin L.A., Han C.S., et al. Genome of the root-associated plant growth-promoting bacterium Variovorax paradoxus strain EPS // Genome Announcements. 2013. Vol. 1, no. 5. P. e00843-13. DOI: 10.1128/genomea.00843-13.Han J.-I., Spain J.C., Leadbetter J.R., Ovchinnikova G., Goodwin L.A., Han C.S., et al. Genome of the root-associated plant growth-promoting bacterium Variovorax paradoxus strain EPS. Genome Announcements. 2013;1(5):e00843-13. DOI: 10.1128/genomea.00843-13.Naylor D., DeGraaf S., Purdom E., Coleman-Derr D. Drought and host selection influence bacterial community dynamics in the grass root microbiome // The ISME Journal. 2017. Vol. 11. P. 2691–2704. DOI: 10.1038/ismej.2017.118.Naylor D., DeGraaf S., Purdom E., Coleman-Derr D. Drought and host selection influence bacterial community dynamics in the grass root microbiome. The ISME Journal. 2017;11:2691-2704. DOI: 10.1038/ismej.2017.118.Чайковская Л.А., Овсиенко О.Л. Фосфатмобилизующие микроорганизмы: 1. Биоразнообразие, влияние на минеральное питание растений и их продуктивность // Таврический вестник аграрной науки. 2021. N 4. С. 159–182. DOI: 10.33952/2542-0720-2021-4-28-159-182.Chaikovskaya L.A., Оvsienko O.L. Phosphate-mobilizing microorganisms: 1. Biodiversity, influence on plants mineral nutrition and productivity. Tavricheskii vestnik agrarnoi nauki = Taurida Herald of the Agrarian Sciences. 2021;4:159-182. (In Russian). DOI: 10.33952/2542-0720-2021-4-28-159-182 EDN: NBZFEN.

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