Aislamiento, identificación y verificación funcional de bacterias endofíticas en semillas de Huanglian
Las semillas son importantes órganos reproductores de las plantas y tienen una gran importancia en la conservación de los recursos de germoplasma y la producción agrícola. Las bacterias endofíticas están estrechamente relacionadas con las semillas y existen en diferentes partes de la semilla (cubierta de la semilla, embrión, endospermo), así como a lo largo de toda la fase de crecimiento y desarrollo de la semilla. Los taxones microbianos de semillas de distintas procedencias se solapan en gran medida, y las bacterias endofíticas encontradas en las semillas pertenecen a 4 filos y 131 géneros. Entre ellos, Proteobacteria y Gamma Proteobacteria son los grupos dominantes en diferentes semillas, mientras que Bacillus, Pseudomonas, Bacillus like, Micrococcus, Staphylococcus y Pseudomonas son los más comunes en diferentes semillas de plantas. Las bacterias endofíticas de las semillas de danshen, arroz, alfalfa y otras son ricas en especies, portadoras de un gran número de genes funcionales y promotoras del desarrollo de las semillas a través de efectos directos o indirectos. Las bacterias endofíticas de las semillas tienen diversas funciones fisiológicas relacionadas con el desarrollo y la germinación de las semillas. Promueven el desarrollo de las semillas y el crecimiento de las plantas fijando el nitrógeno, disolviendo el fósforo, produciendo hormonas vegetales, ACC deaminasa, produciendo transportadores de hierro y promoviendo la absorción de nutrientes. También producen antibióticos, enzimas hidrolíticas (pectinasa, amilasa, celulasa, etc.), inducen mecanismos de defensa y promueven la transformación de sustancias dentro de las semillas, reduciendo el daño del estrés biótico o abiótico a las plantas.
Coptis chinensis Franch. es una hierba perenne del género Coptis en Ranunculaceae, que utiliza rizomas secos como medicina. Es una de las materias primas de muchas medicinas tradicionales chinas patentadas y preparaciones sencillas y tiene una gran superficie de cultivo artificial. Sin embargo, las semillas de Huanglian tienen características morfológicas y fisiológicas de posmaduración, y requieren 9 meses de estratificación a temperatura variable tras desprenderse de la planta para madurar y germinar, con un bajo índice de germinación; el hecho de no poder resistir la deshidratación durante el almacenamiento plantea dificultades para la conservación y el control de calidad de las semillas, así como para la introducción y el cultivo de Huanglian, lo que a su vez afecta al rendimiento y la calidad de los materiales medicinales. La investigación metagenómica preliminar del grupo de investigación descubrió que las semillas de Huanglian tienen abundantes bacterias endofíticas, que pueden participar en vías como la fosforilación oxidativa, el ciclo del ácido tricarboxílico, la pentosa fosfato, la glucólisis gluconeogénesis, etc. Estas vías están estrechamente relacionadas con el desarrollo de las semillas y el crecimiento de las plantas, y se especula que los microorganismos pueden desempeñar un papel en el proceso de posmaduración y germinación de las semillas de Huanglian.
Con el fin de explorar más a fondo la promoción de las bacterias endófitas en las semillas de Huanglian, este estudio obtuvo bacterias endófitas cultivables de semillas de Huanglian a través del aislamiento en placa. Las bacterias endofíticas de las semillas de Huanglian se identificaron mediante el ARNr 16S y se determinaron sus características de promoción del crecimiento, como la solubilización del fósforo, la fijación del nitrógeno y la producción de IAA. La función promotora de las bacterias endofíticas se verificó mediante experimentos de germinación de semillas. El objetivo es proporcionar una base teórica para revelar el mecanismo de promoción de las bacterias endófitas de las plantas y el mecanismo de maduración y germinación de semillas recalcitrantes. Al mismo tiempo, también sienta las bases para la investigación y el desarrollo de nuevos y eficaces fertilizantes microbianos.

 

 

Truyens et al. descubrieron que Bacillus y Pseudomonas son los grupos dominantes en semillas de diferentes plantas, mientras que Bacillus, Micrococcus, Staphylococcus, Pseudomonas y Acinetobacter son también muy comunes en las bacterias endofíticas de las semillas. En este estudio se utilizaron semillas de Huanglian como objeto y se aislaron e identificaron 29 bacterias endofíticas distribuidas en 13 géneros, entre las cuales las bacterias dominantes eran Bacillus y Pseudomonas oligotróficas. La investigación sobre las características promotoras del crecimiento de las semillas de Huanglian muestra que las bacterias endofíticas tienen las funciones de producir IAA, solubilizar fósforo, fijar nitrógeno y producir portadores de hierro. Algunas bacterias endofíticas también tienen múltiples funciones de promoción del crecimiento, como Ba Toyonensis ZZ-4 puede producir IAA y portadores de hierro, mientras que Pr. megaterium ZZ-24 puede producir IAA y tiene función de solubilización de fósforo. El experimento de germinación de semillas confirmó además que las bacterias endofíticas de las semillas de Huanglian con funciones promotoras del crecimiento se distribuyen principalmente en el género Bacillus. Los resultados de la investigación de Gagne Bourgue et al. mostraron que el Bacillus subtilis tiene las características de producir IAA, citoquininas y solubilización de fósforo. Lu et al. determinaron que Bacillus subtilis BN7 en Boju puede hidrolizar fósforo, potasio e IAA. Por lo tanto, el género Bacillus puede desempeñar un papel importante en el proceso de posmaduración y germinación de las semillas de Huanglian, y tiene un gran valor de desarrollo y utilización en la producción agrícola.
El fósforo existe en el suelo en forma de fósforo inorgánico insoluble y fósforo orgánico. Sólo una pequeña parte del fósforo es soluble en el suelo y puede ser absorbido y utilizado por las plantas. Las bacterias endofíticas de las plantas con capacidad para disolver el fósforo pueden convertir el fósforo de difícil absorción para las plantas en formas fácilmente absorbibles, favoreciendo así el crecimiento y el desarrollo de las plantas. Pseudomonas brassicacearum H9, aislada por Xie et al. del suelo de la rizosfera de las plantas, es una bacteria con una elevada actividad solubilizadora de fosfato. Su suspensión bacteriana promueve significativamente la germinación de semillas de trigo y pepino. Además, la germinación de las semillas y el crecimiento de las plántulas están regulados por el IAA, y un IAA exógeno moderado puede promover la germinación de las semillas y el desarrollo de las raíces de las plantas; Xu et al. aislaron tres bacterias endofíticas capaces de producir IAA a partir de semillas de tomate y arroz, que colonizan las raíces, los tallos y las hojas de plantas como el tomate, el arroz, la colza y el rábano, y tienen diversos grados de efectos promotores del crecimiento de las plántulas. Khalaf et al. obtuvieron 56 bacterias endofíticas capaces de secretar auxina a partir de semillas de melón, siendo Bacillus y Escherichia los géneros dominantes. El rango de secreción de IAA por bacterias endofíticas que pueden producir auxina en las semillas de sesbania es de 1,29-25,47mg/L. Ba. velezensis SC60 tiene la mayor producción de IAA y promueve significativamente el desarrollo embrionario de la raíz y mejora la vitalidad de la semilla. En este experimento se obtuvieron seis bacterias endófitas capaces de secretar IAA, entre las cuales ZZ-6, ZZ-21, ZZ-24 y ZZ-29 secretaron más de 100mg/L de Pr. Estas bacterias pueden tanto disolver el fósforo como producir un alto nivel de IAA Megaterium ZZ-24 tiene un efecto promotor significativo sobre el crecimiento de las semillas de Huanglian. Una mayor exploración de las diversas características de promoción del crecimiento de las bacterias endofíticas en las semillas y la excavación de bacterias endofíticas multifuncionales ayudarán a dilucidar el mecanismo de las bacterias endofíticas en el desarrollo y la germinación de las semillas.
Hay varias bacterias endofíticas que promueven el crecimiento en las semillas de Huanglian, y las bacterias dominantes se distribuyen principalmente en el género Bacillus, que puede disolver el fósforo y producir alta IAA en Pr Megaterium ZZ-24 tiene una buena capacidad para promover el crecimiento de las semillas de Huanglian, lo que indica su potencial para la investigación y el desarrollo. Las bacterias endofíticas con múltiples capacidades promotoras del crecimiento pueden desempeñar un papel en el proceso de postmaduración a largo plazo de las semillas de Huanglian, lo que puede ser un factor importante para que las semillas de Huanglian completen la postmaduración y germinen con éxito.