Huanglian tohumlarındaki endofitik bakterilerin izolasyonu, tanımlanması ve fonksiyonel doğrulaması
Tohumlar bitkilerin önemli üreme organlarıdır ve germplazm kaynaklarının korunmasında ve tarımsal üretimde büyük öneme sahiptir. Endofitik bakteriler tohumlarla yakından ilişkilidir ve tohumun farklı kısımlarında (tohum kabuğu, embriyo, endosperm) ve tohumun tüm büyüme ve gelişme aşaması boyunca bulunur. Farklı kaynaklardan elde edilen tohumlardaki mikrobiyal taksonlar büyük ölçüde örtüşmektedir; tohumlarda bulunan endofitik bakteriler 4 filum ve 131 cinse aittir. Bunlar arasında Proteobacteria ve Gamma Proteobacteria farklı tohumlardaki baskın gruplar iken Bacillus, Pseudomonas, Bacillus benzeri, Micrococcus, Staphylococcus ve Pseudomonas farklı bitki tohumlarında en yaygın olanlardır. Danshen, pirinç, yonca ve diğer tohum endofitik bakterileri tür bakımından zengindir, çok sayıda fonksiyonel gen taşır ve doğrudan veya dolaylı etkiler yoluyla tohum gelişimini teşvik eder. Tohumlardaki endofitik bakteriler, tohum gelişimi ve çimlenmeyle ilgili çeşitli fizyolojik işlevlere sahiptir. Azotu sabitleyerek, fosforu çözerek, bitki hormonları, ACC deaminaz üreterek, demir taşıyıcıları üreterek ve besin emilimini teşvik ederek tohum gelişimini ve bitki büyümesini desteklerler. Ayrıca antibiyotikler, hidrolitik enzimler (pektinaz, amilaz, selülaz vb.) üretir, savunma mekanizmalarını tetikler ve tohumların içindeki maddelerin dönüşümünü teşvik ederek biyotik veya abiyotik stresin bitkilere verdiği zararı azaltırlar.
Coptis chinensis Franch. kuru rizomları ilaç olarak kullanılan Ranunculaceae'deki Coptis cinsinin çok yıllık bir bitkisidir. Birçok geleneksel Çin patentli ilacın ve basit preparatların hammaddelerinden biridir ve geniş bir yapay ekim alanına sahiptir. Bununla birlikte, Huanglian tohumları olgunlaşma sonrası morfolojik ve fizyolojik özelliklere sahiptir ve düşük çimlenme oranı ile olgunlaşmak ve çimlenmek için bitkiden düştükten sonra 9 aylık değişken sıcaklık katmanına ihtiyaç duyar; Depolama sırasında dehidrasyona dayanamamak, tohumun korunması ve kalite kontrolünün yanı sıra Huanglian'ın tanıtımı ve yetiştirilmesi için zorluklar yaratır ve bu da tıbbi malzemelerin verimini ve kalitesini etkiler. Araştırma grubunun ön metagenomik araştırması, Huanglian tohumlarının oksidatif fosforilasyon, trikarboksilik asit döngüsü, pentoz fosfat, glikoliz glukoneogenez gibi yollara katılabilen bol miktarda endofitik bakteriye sahip olduğunu buldu. Bu yollar tohum gelişimi ve bitki büyümesi ile yakından ilgilidir ve mikroorganizmaların Huanglian tohumlarının olgunlaşma sonrası ve çimlenme sürecinde rol oynayabileceği tahmin edilmektedir.
Huanglian tohumlarındaki endofitik bakterilerin gelişimini daha fazla araştırmak amacıyla, bu çalışmada Huanglian tohumlarından plaka izolasyonu yoluyla yetiştirilebilir endofitik bakteriler elde edilmiştir. Huanglian tohumlarındaki endofitik bakteriler 16S rRNA ile tanımlanmış ve fosfor çözünürleştirme, azot fiksasyonu ve IAA üretimi gibi büyümeyi teşvik edici özellikleri belirlenmiştir. Endofitik bakterilerin teşvik işlevi tohum çimlendirme deneyleri ile doğrulanmıştır. Tohum olgunlaşması ve çimlenmesi için faydalı olan endofitik bakterilerin taranması amacıyla, bitki endofitik bakterilerinin teşvik mekanizmasının ve inatçı tohum olgunlaşması ve çimlenmesi mekanizmasının ortaya çıkarılması için teorik bir temel sağlanması amaçlanmıştır. Aynı zamanda, yeni ve verimli mikrobiyal gübrelerin araştırılması ve geliştirilmesi için de temel oluşturmaktadır.

 

 

Truyens ve arkadaşları Bacillus ve Pseudomonas'ın farklı bitkilerin tohumlarında baskın gruplar olduğunu, Bacillus, Micrococcus, Staphylococcus, Pseudomonas ve Acinetobacter'in de tohumlardaki endofitik bakterilerde çok yaygın olduğunu bulmuştur. Bu çalışmada nesne olarak Huanglian tohumları kullanılmış ve aralarında baskın bakterilerin Bacillus ve Pseudomonas oligotrofik olduğu 13 cinse dağılmış 29 endofitik bakteri izole ve teşhis edilmiştir. Huanglian tohumlarının büyümeyi teşvik edici özellikleri üzerine yapılan araştırmalar, endofitik bakterilerin IAA üretme, fosforu çözme, azotu sabitleme ve demir taşıyıcıları üretme işlevlerine sahip olduğunu göstermektedir. Ba Toyonensis ZZ-4 IAA ve demir taşıyıcıları üretebilirken, Pr. megaterium ZZ-24 IAA üretebilir ve fosfor çözünürleştirme işlevine sahiptir gibi bazı endofitik bakteriler de birden fazla büyümeyi teşvik edici işleve sahiptir. Tohum çimlendirme deneyi ayrıca Huanglian tohumlarındaki büyümeyi destekleyici işlevlere sahip endofitik bakterilerin çoğunlukla Bacillus cinsinde dağıldığını doğrulamıştır. Gagne Bourgue ve arkadaşlarının araştırma sonuçları Bacillus subtilis'in IAA, sitokinin üretme ve fosfor çözünürleştirme özelliklerine sahip olduğunu göstermiştir. Lu ve arkadaşları, Boju'daki Bacillus subtilis BN7'nin fosfor, potasyum ve IAA'yı hidrolize edebildiğini belirlemiştir. Bu nedenle, Bacillus cinsi Huanglian tohumlarının olgunlaşma sonrası ve çimlenme sürecinde önemli bir rol oynayabilir ve tarımsal üretimde büyük bir gelişme ve kullanım değerine sahiptir.
Fosfor toprakta çözünmeyen inorganik fosfor ve organik fosfor şeklinde bulunur. Fosforun sadece küçük bir kısmı toprakta çözünebilir ve bitkiler tarafından emilip kullanılabilir. Bitkilerdeki fosforu çözme yeteneğine sahip endofitik bakteriler, bitkiler için emilmesi zor olan fosforu kolayca emilebilir formlara dönüştürebilir ve böylece bitki büyümesini ve gelişimini teşvik edebilir. Xie ve arkadaşları tarafından bitkilerin rizosfer toprağından izole edilen Pseudomonas brassicacearum H9, yüksek fosfat çözündürme aktivitesine sahip bir bakteridir. Bakteriyel süspansiyonu buğday ve salatalık tohumlarının çimlenmesini önemli ölçüde destekler. Buna ek olarak, tohum çimlenmesi ve fide büyümesi IAA tarafından düzenlenir ve orta derecede dışsal IAA tohum çimlenmesini ve bitki kök gelişimini teşvik edebilir; Xu ve ark. domates, pirinç, kolza tohumu ve turp gibi bitkilerin köklerinde, gövdelerinde ve yapraklarında kolonize olan ve fideler üzerinde çeşitli derecelerde büyümeyi teşvik edici etkileri olan domates ve pirinç tohumlarından IAA üretebilen üç endofitik bakteri izole etmiştir. Khalaf ve arkadaşları kavun tohumlarından oksin salgılayabilen 56 endofitik bakteri elde etmiş olup, Bacillus ve Escherichia baskın cinslerdir. Sesbania tohumlarında oksin üretebilen endofitik bakterilerin IAA salgılama aralığı 1.29-25.47mg/L'dir. Ba. velezensis SC60 en yüksek IAA üretimine sahiptir ve embriyonik kök gelişimini önemli ölçüde destekler ve tohum canlılığını artırır. Bu deneyde IAA salgılayabilen altı endofitik bakteri elde edilmiştir ve bunların arasında ZZ-6, ZZ-21, ZZ-24 ve ZZ-29 100mg/L'den fazla Pr salgılamıştır. Bu bakteriler hem fosforu çözebilir hem de yüksek IAA üretebilir Megaterium ZZ-24, Huanglian tohumlarının büyümesi üzerinde önemli bir teşvik edici etkiye sahiptir. Tohumlardaki endofitik bakterilerin büyümeyi teşvik eden çeşitli özelliklerinin daha fazla araştırılması ve çok işlevli endofitik bakterilerin ortaya çıkarılması, tohum gelişimi ve çimlenmesindeki endofitik bakteri mekanizmasının aydınlatılmasına yardımcı olacaktır.
Huanglian tohumlarında büyümeyi teşvik eden çeşitli endofitik bakteriler vardır ve baskın bakteriler çoğunlukla fosforu çözebilen ve Pr Megaterium ZZ-24'te yüksek IAA üretebilen Bacillus cinsinde dağılmıştır, Huanglian tohumlarının büyümesini teşvik etmek için iyi bir yeteneğe sahiptir, bu da araştırma ve geliştirme potansiyelini gösterir. Çoklu büyüme teşvik edici yeteneklere sahip endofitik bakteriler, Huanglian tohumlarının uzun vadeli olgunlaşma sonrası sürecinde rol oynayabilir ve bu da Huanglian tohumlarının olgunlaşma sonrası tamamlanması ve başarılı bir şekilde çimlenmesi için önemli bir faktör olabilir.