Микробные сообщества почвенной мезофауны как источник этилена

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Исследовали интенсивность образования и выделения газообразного фитогормона – этилена – микробными ассоциациями в кишечнике представителей различных таксономических групп почвенной мезофауны: двупарноногих многоножек (Cylindroiulus caeruleocinctus), мокриц (Porcellio scaber), дождевых червей (норники – Lumbricus terrestris, почвенные – Aporrectodea caliginosa, подстилочные – Lumbricus rubellus, Dendrobaena octaedra). Изучали процесс образования этилена при развитии беспозвоночных на лиственной подстилке, гумусо-аккумулятивном горизонте урбанозема (Urbiс Technosol по WRB), а также выделение этилена из копролитов на примере A. caliginosa. Установлено, что A. caliginosa, развивающийся в микрокосмах, за счет питания разложенным органическим веществом увеличивает на порядок интенсивность образования этилена, а поглощающие свежую подстилку остальные животные увеличивают эмиссию этилена на 50–60%. Среди выделенных штаммов четыре изолята можно отнести к активным продуцентам этилена: Brevibacillus sp.Ya 2, Arthrobacter sulfonivorans Ya 1, Pseudomonas sp. Ya 6, P. trivialis Ya 1. Таким образом, кишечный тракт и свежие экскременты животных являются значимым микролокусом выделения этилена в почве.

Об авторах

А. В. Якушев

МГУ им. М.В. Ломоносова

Email: a_yakushev84@mail.ru
Ленинские горы, 1, Москва, 119991 Россия

Л. А. Поздняков

МГУ им. М.В. Ломоносова

Ленинские горы, 1, Москва, 119991 Россия

Е. Б. Кудряшова

Институт биохимии и физиологии микроорганизмов им. Г.К. Скрябина РАН

ФИЦ Пущинский научный центр биологических исследований РАН, пр-т Науки, 5, Пущино, 142290 Россия

Н. В. Присяжная

Институт биохимии и физиологии микроорганизмов им. Г.К. Скрябина РАН

ФИЦ Пущинский научный центр биологических исследований РАН, пр-т Науки, 5, Пущино, 142290 Россия

А. Л. Степанов

МГУ им. М.В. Ломоносова

Ленинские горы, 1, Москва, 119991 Россия

Список литературы

  1. Белимов А.А., Сафронова В.И. АЦК деаминаза и растительно-микробные взаимодействия (обзор) // Сельскохозяйственная биология. 2011. № 3 С. 23–28.
  2. Arshad M., Frankenberger W.T. Biosynthesis of ethylee by Acremonium falciforme // Soil Biol. Biochem. 1989. V. 21. P. 633–638. https://doi.org/10.1016/0038-0717(89)90056-4
  3. Arshad M., Frankenberger W.T. Production and stability of ethylene in soil // Biol. Fertil. Soils. 1990. V. 10. P. 29–34.
  4. Arshad M., Frankenberger W.T. Ethylene: Agricultural Sources and Applications. N.Y.: Kluwer Academic, Plenum Publishers, 2002. 342 p.
  5. Ahemad M., Kibret M. Mechanisms and applications of plant growth promoting rhizobacteria: current perspective. // J. King Saud University-Science. 2014. V. 26. P. 1–20. https://doi.org/10.1016/j.jksus.2013.05.001
  6. Billington D., Golding B., Primrose S. Biosynthesis of ethylene from methionine. Isolation of the putative intermediate 4-methylthio-2-oxobutanoate from culture fluids of bacteria and fungi // Biochem. J. 1979. V. 182. P. 827-836. https://doi.org/10.1042/bj1820827
  7. Chen Y., Bonkowski M., Shen Y., Griffiths B.S., Jiang Y., Wang X., Sun B. Root ethylene mediates rhizosphere microbial community reconstruction when chemically detecting cyanide produced by neighbouring plants // Microbiome. 2020 V. 8. P. 1–17. https://doi.org/10.1186/s40168-019-0775-6
  8. Cristescu S., De Martinis D., Te Lintel Hekkert S., Parker D., Harren F. Ethylene production by Botrytis cinerea in vitro and in tomatoes // Appl. Environ. Microbiol. 2002. V. 68. P. 5342-5350. https://doi.org/10.1128/АЕМ.68.11.5342-5350.2002
  9. Chagué V., Danit L.V., Siewers V., Schulze-Gronover C., Tudzynski P., Tudzynski B., Sharon A. Ethylene sensing and gene activation in Botrytis cinerea: a missing link in ethylene regulation of fungus-plant interactions? // Mol. Plant. Microbe. Int. 2006. V. 19. P. 33-42. https://doi.org/ 10.1094/MPMI-19-0033
  10. Elsgaard L. Ethylene turn-over in soil, litter and sediment // Soil Biol. Biochem. 2001. V. 33. P. 249–252. https://doi.org/10.1016/S0038-0717(00)00122-X
  11. Fukuda H., Ogawa T., Tanase S. Ethylene production by microorganisms // Adv. Microb. Physiol. 1993. V. 35. P. 275-306. https://doi.org/10.1016/s0065-2911(08)60101-0
  12. Frankenberger W.T., Arshad M. Phytohormones in Soils: Microbial Production and Function. N.Y.: CRC Press, 1995. 520 P. https://doi.org/10.1201/9780367812256
  13. Hottiger T., Boller T. Ethylene biosynthesis in Fusarium oxysporum f. sp. tulipae proceeds from glutamate-2-oxoglutarate and requires oxygen and ferrous ions in vivo // Arch. Microbiol. 1991. V. 157. P. 18–22. https://doi.org/10.1007/BF00245329
  14. Graham J., Linderman R. Ethylene production by ectomycorrhizal fungi, Fusarium oxysporum f. sp. pini, and by aseptically synthesized ectomycorrhizae and Fusarium-infected Douglas-fir roots // Can. J. Microbiol. 1980. V. 26. P. 1340–1347. https://doi.org/10.1139/m80-222
  15. Gamalero E., Glick B.R. Bacterial Modulation of Plant Ethylene Levels // Plant physiology. 2015. V. 169. P. 13–22. https://doi.org/10.1104/pp. 15.00284
  16. Hunt P.G., Campbell R.B., Sojka R.E., Parsons J.E., Flooding-induced soil and plant ethylene accumulation and water status response of field-grown tobacco // Plant Soil. 1981. V. 59. P. 427–439. https://doi.org/10.1007/BF02184547
  17. Hartmans S., de Bont J.A.M., Harder W., Micrоbial metabolism of short-chain unsaturated hydrocarbons // FEMS Microbiol. Rev. 1989. V. 5. P. 235–264. https://doi.org/10.1016/0168-6445(89)90034-x
  18. Ince J., Knowles C. Ethylene formation by cell-free extracts of Escherichia coli // Arch Microbiol. 1986. V. 146. P. 151–158. https://doi.org/10.1007/BF00402343
  19. Kepczynski J., Kepczynska E. Effect of ethylene on germination of fungal spores causing fruit rot. // Fruit Sci Rep. 1977. P. 31–35.
  20. Kolattukudy P.E., Kim Y., Li D., Liu Z.M., Rogers L. Early molecular communication between Colletotrichum gloeosporioides and its host // Host specificity, pathology and host pathogen interaction of Colletotrichum. MN: The American Phytopathol Soc. St. Paul., 2000. P. 87–79.
  21. Lang, V., Schneider, V., Puhlmann, H. Schengel A., · Seitz S., ·Schack-Kirchner H., Schaffer J., Maier M. Spotting ethylene in forest soils—What influences the occurrence of the phytohormone? // Biol. Fertil. Soils. 2023.V. 59 P. 953–972. https://doi.org/10.1007/s00374-023-01763-z
  22. Mansouri S., Bunch A. Bacterial ethylene synthesis from 2-oxo-4-thiobutyric acid and from methionine // J. Gen. Microbiol. 1989. V. 135. P. 2819-2827. https://doi.org/10.1099/00221287-135-11-2819.
  23. Nagahama K., Yoshino K., Matsuoka M., Sato M., Tanase S., Ogawa T., Fukuda H. Ethylene production by strains of the plant-pathogenic bacterium Pseudomonas syringae depends upon the presence of indigenous plasmids carrying homologous genes for the ethylene-forming enzyme // Microbiology. 1994. V. 140. P. 2309–2313. https://doi.org/10.1099/13500872-140-9-2309
  24. North J.A., Miller A.R., Wildenthal J.A., Young S.J., Tabita F.R. Microbial pathway for anaerobic 5′-methylthioadenosine metabolism coupled to ethylene formation // Proceedings of the National Academy of Sciences. 2017. V. 114. P. E10455–E10464. https://doi.org/10.1073/pnas.1711625114
  25. Pažout J., Pažoutová S. Ethylene is synthesized by vegetative mycelium in surface cultures of Penicillium cyclopium Westling // Can. J. Microbiol. 1989. V. 35. P. 384–387. https://doi.org/10.1139/m89-059
  26. Primose S.B., Dilworth M.J. Ethylene production by bacteria // J. Gen. Microbiol. 1975. V. 93. № 1. P. 177–181. https://doi.org/10.1099/00221287-93-1-177
  27. Ravanbakhsh M., Sasidharan R., Voesenek L.A.C.J., Kowalchukand G.A., Jousse A. Microbial modulation of plant ethylene signaling: ecological and evolutionary consequences // Microbiome. 2018. V. 52. P. 1–10. https://doi.org/10.1186/s40168-018-0436-1
  28. Shekhawat K., Fröhlich K., García-Ramírez G.X.; Trapp M.A., Hirt H. Ethylene: A master regulator of plant–microbe interactions under abiotic stresses // Cells. 2023. V. 12. P. 1–15. https://doi.org/10.3390/cells12010031
  29. Tzeng D.D., DeVay J.E. Ethylene production and toxigenicity of methionine and its derivatives with riboflavin in cultures of Verticillium, Fusarium, and Collectotrichum species exposed to light // Physiol. Plant. 1984. V. 62. P. 545–552. https://doi.org/10.1111/j.1399-3054.1984.tb02797.x
  30. Weingart H., Völksch B. Ethylene production by Pseudomonas syringae pathovars in vitro and in planta // Appl. Environ. Microbiol. 1997. V. 63. P. 156–161. https://doi.org/10.1128/aem.63.1.156-161.1997
  31. Weingart H., Volksch B., Ullrich M. Comparison of ethylene production by Pseudomonas syringae and Ralstonia solanacearum // Phytopathol. 1999. V. 89. P. 360–365. https://doi.org/10.1094/PHYTO.1999.89.5.360
  32. Yang J., Giné-Bordonaba J., Vilanova L., Teixidó N., Usall J. An insight on the ethylene biosynthetic pathway of two major fruit postharvest pathogens with different host specificity: Penicillium digitatum and Penicillium expansum // Eur. J. Plant Pathology. 2017. V. 149. P. 575–585. https://doi.org/10.1007/s10658-017-1205-x
  33. Zechmeister-Boltenstern S., Smith K.A. Ethylene production and decomposition in soils // Biol. Fertil. Soils. 1998. V. 26. P. 354–361.
  34. Zhang Y., Du H., Xu F., Ding Y., Gui Y., Zhang J., Xu W. Root-bacteria associations boost rhizosheath formation in moderately dry soil through ethylene responses // Plant Physiol. 2020. V. 183. P. 780–792. https://doi.org/10.1104/pp. 19.01020

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2025