Халоалкалифил биљног порекла из Цистанцхе: геномско-метаболомски увид у сој А8 за физиолошко-алкално земљиште и побољшање усева

Дискусија

 

Тренутно стање истраживања култивираних ендофита из Цистанцхеа

Истраживања о култивисаним ендофитима повезаним са Цистанцхеом остају ограничена. Лин ет ал. [10] изоловали су ендофитски Стрептомицес (сој АЦ-2) и Пенициллиум цхрисогенум из корена Цистанцхе, при чему је последњи показао значајну неуропротективну активност у ћелијама СХ-СИ5И. Иу ет ал. [11] је известио да обиље и разноврсност ендофитских гљива које се могу узгајати у Цистанцхе-у варирају у зависности од сезоне, порекла и дела лековите биљке. Петросјан и др. [12] су показали да ендофити семена холопаразита Цистанцхе пхелипаеа могу да подстичу раст биљака и дају особине отпорности на со. Међутим, према нашим сазнањима, ендофитске бактерије отпорне на алкалифиле и халоалкалифиле из Цистанцхеа нису пријављене пре овог рада.

 

Цистанцхе десертицола

 

 

 

Дефинисање халоалкалифила и позиционирање соја А8

У литератури, „халоалкалифили“ се обично дефинишу као микроби са оптималним растом при концентрацијама соли већим или једнаким 3% и пХ већим или једнаким 9,0; већина сојева толерише пХ 7–11 и 0–15% салинитет [13]. Сој А8 расте оптимално на 0–5% соли и пХ 9, што подржава његову прелиминарну ознаку као халоалкалифилна/алкалитолерантна бактерија. Изванредно, А8 је одржавао раст на пХ 13, што је ретко чак и међу халоалкалифилима. Док су такви микроби обично изоловани из сланих или алкалних средина (нпр. седименти сланих језера, солане, Мртво море, седименти мангрова и тла ризосфере) [14], наша студија извештава о А8 као о првом алкалифилном, слано-алкално-толерантном Бациллацеае (псеудофилдском) биљном биљном домаћину изолованом од псеудофилне биљке. (Цистанцхе).

Механистичка основа за толеранцију соли и алкалија у А8

Толеранција соли и алкалија је механички сложена. У поређењу са нетолерантним бактеријама, толерантни сојеви јаче активирају На+/Х+ антипортере и сродне системе за транспорт јона да регулишу интрацелуларни осмотски притисак, омогућавајући раст у физиолошко-алкалним условима [15]. Анализа генома А8 идентификовала је 10 класа гена укључених у толеранцију соли и алкалија, укључујући:

Транспортери за компатибилне растворене супстанце (нпр. транспортери глицин бетаина) и гене синтезе трехалозе;

Вишеструки антипортери (На+/Х+ антипортери, антипортери базичних аминокиселина);

 

Транспортери калијума и Ф0Ф1 АТП синтаза.

 

Претходне студије показују да су глицин бетаин и трехалоза широко распрострањени у халофилима као компатибилни раствори за осмотско прилагођавање [15,16]. Транспортни и антипортни системи калијума могу закиселити цитоплазму да би ублажили електрофилни стрес, чиме се повећава отпорност животне средине [4]. Наши подаци потврђују да А8 координира више генетских модула за синтезу виших интрацелуларних нивоа пролина, глицина, бетаина и трехалозе и за транспорт јона На+, К+ и Х+, одржавајући осмотску равнотежу и подржавајући нормалне ћелијске функције под физиолошким и алкалним стресом.

Биофилми, секундарни метаболизам и осмоадаптација

Пошто трансмембрански транспорт зависи од својстава мембране, формирање биофилма је уско повезано са толеранцијом соли и алкалија. Ванг и др. [17] су показали да сојеви производе више биофилма под физиолошко-алкалним стресом да би ублажили повреде соли. Транскриптомски и метаболички докази сугеришу да је биосинтеза сесквитерпена и тритерпена повезана са отпорношћу биљака на стрес [18,19]; аналогни путеви се могу укрштати са програмима бактеријског стреса. Пролин је кључна компатибилна супстанца коју синтетишу бактерије као одговор на високу количину соли [20,21]. У нашој анализи обогаћивања пута регулисаних и јединствених метаболита у А8 под физиолошко-алкалним стресом, идентификовали смо:

Путеви пурина и стероида који могу побољшати синтезу биофилма, а тиме и толеранцију соли и алкалија;

Снажне везе између биосинтезе сесквитерпена/тритерпена и отпорности на стрес;

Метаболизам лизина са потенцијалом да ублажи стрес са соли [22];

Путеви биосинтезе пантотената и ЦоА који повећавају енергетски капацитет, подстичући транспорт физиолошких-алкалних јона.

Заједно, предлажемо да А8 користи мултифакторску стратегију – модулацију мембране/биофилма, компатибилну акумулацију растворених материја и хомеостазу јона – да би напредовао под екстремним пХ и салинитетом.

 

Вецистанцхе-ов цистанцхе култивише базу у Иуто, Ксињианг

Служба подршке Вецистанцхе-За више детаља о сарадњи
Е-пошта:wallence.suen@wecistanche.com

 

 

Истраживачка мотивација за Цистанцхе као научну културу

 

Развој усева уз помоћ микробиома: Као холопаразитска лековита биљка прилагођена сушним и често сланим стаништима, Цистанцхе може угостити јединствене ендофите са изузетним халоалкалифилним особинама. Изоловање и функционално карактерисање таквих сојева (нпр. А8) отвара путеве за узгој уз помоћ микробиома и развој инокуланта како би се побољшао узгој Цистанцхеа на маргиналним (сланим-алкалним) земљиштима.

Рехабилитација земљишта и биоинокуланти: профил толеранције А8 сугерише потенцијал као сој шасије за побољшање слано-алкалног земљишта. Теренска испитивања могу тестирати директну инокулацију у слано-алкално земљиште, праћењем физичко-хемијских индекса да би се квантификовали ефекти побољшања.

Побољшање перформанси биљака: Примена А8 путем инокулације ризосфере, фолијарног прскања или заливања корена на домаћине Цистанцхе или на усеве за дојење може побољшати отпорност на сол и алкалије, преживљавање и биомасу, директно подржавајући стандардизовану култивацију и квалитет сировина.

Цевовод механичке валидације: Интегрисати геномику (антипортер/компатибилне групе гена растворених материја), метаболомику (УПЛЦ–МС/МС отопљени и мембранско-липидни потписи) и фенотипизацију (метрика биофилма, криве раста при пХ 6–13 и 0–17% салинитета) да би се успоставили робусни индустријски режими за успостављање ‑ робусног режима регулације. усвајање.

 

Будући рад

Будуће студије ће проценити А8 у сценаријима примене: директна инокулација земљишта у слано-алкалним пољима са уздужним мерењима својства земљишта; и интервенције на нивоу биљака (инокулација ризосфере, фолијарна примена, натапање корена) са тестовима отпорности биљака на соли и алкалије. Ови подаци ће омогућити пуну процену потенцијала А8 за промоцију биљака и подржати развој микробних ђубрива за узгој Цистанцхеа и ширу слану пољопривреду.

 

Закључак

 

Изоловали смо 50 сојева ендофитских бактерија које се могу култивисати из Цистанцхеа. Међу њима, сој А8 је, према нашим сазнањима, први сој Бациллацеае (псеудо-алкалифилни Бациллус) отпоран на со и алкалије, изолован из биљке домаћина. А8 расте преко 0–17% салинитета (оптимално 0–5%) и пХ 6,0–13,0 (оптимални пХ 9) и активно помера пХ културе ка свом оптималном расту. Геномске и УПЛЦ–МС/МС метаболомске анализе конвергирају да би указале на то да А8 одржава осмотску равнотежу – а тиме и нормалну ћелијску функцију – синтетисањем повишених нивоа компатибилних раствора (нпр. бетаин, пролин, трехалоза) и транспортом На+, К+ и Х+ преко више антипортера и транспортних система. Ови увиди пружају механичку основу за искориштавање А8 у побољшању слано-алкалног земљишта, развоју микробног ђубрива и побољшању толеранције биљака соли и алкалија, нудећи стратешки ресурс за истраживање усјева Цистанцхе и стандардизовану култивацију.

 

Референце

[10] Лин З, Вен Ј, Зху Т, ет ал. Хризогенамид А из ендофитске гљиве повезане са Цистанцхе десертицола и његов неуропротективни ефекат на ћелије СХ-СИ5И. Тхе Јоурнал оф Антибиотицс. 2008;61(2):81–85.
[11] Иу Ј, Зхоу Ф, Цхен Ј, ет ал. Разноврсност ендофитних гљива у Цистанцхеу. Цхина Јоурнал оф Цхинесе Материа Медица. 2011;36(05):542–546. (на кинеском)
[12] Петросиан К, Тхијс С, Пивоварцзик Р, ет ал. Разноврсност и потенцијални капацитет за подстицање раста биљака ендофитских бактерија семена холопаразита Цистанцхе пхелипаеа (Оробанцхацеае). Научни извештаји. 2023;13(1):11835.
[13] Зханг С, Ли З, Иан И, ет ал. Бациллус урумкиенсис сп. нов., умерено халоалкалифилна бактерија изолована из сланог језера. Међународни часопис за систематску и еволуциону микробиологију. 2016;66(6):2305–2312.
[14] Јосхи А, Тхите С, Кароди П, ет ал. Алкалихалобацтериум елонгатум ген. нов. сп. нов.: Бактерија која производи антибиотик изолована из језера Лонар и рекласификација рода Алкалихалобациллус у седам нових родова. Фронтиерс ин Мицробиологи. 2021;12:722369.
[15] Кин И, Друзхинина ИС, Пан Кс, ет ал. Микроби посредована толеранција на сол биљака и решења заснована на микробиому за слану пољопривреду. Биотехнолошки напредак. 2016;34(7):1245–1259.
[16] Лиу В, Ванг К, Хоу Ј, ет ал. Анализа целог генома рхизобацтериум Клебсиелла сп. Д5А. Научни извештаји. 2016;6:26710.
[17] Ванг Ц, Пеи Ј, Ли Х, ет ал. Механизми толеранције соли код Паенибациллус полимика СЦ2 и њени ефекти који подстичу раст на саднице кукуруза у физиолошким условима. Микробиолошка истраживања. 2024;282:127639.
[18] Зханг Ц, Зханг Ц, Ксу Кс, Лиао М, ет ал. Анализа транскриптома пружа увид у регулаторне механизме који леже у основи опоравка клијања полена при нормалној високој температури у дивљој банани (Муса итинеранс). Границе у науци о биљкама. 2023;14:1255418.
[19] Конг Л, Цхен П, Цханг Ц. Отпорност на сушу и биосинтеза гинсенозида као одговор на апсцизинску киселину у Панак гинсенгу ЦА Меиер. Међународни часопис за молекуларне науке. 2023;24(11):9194.
[20] Ксинг К, Зханг С, Тао Кс, ет ал. Полиекстремофил Натранаеробиус тхермопхилус усваја двоструку стратегију за дуготрајни стрес салинитета, истовремено акумулирајући компатибилне растворене супстанце и К+. примењену микробиологију и микробиологију животне средине. 2024;90(5):е0014524.
[21] Сунита К, Мисхра И, Мисхра Ј, ет ал. Секундарни метаболити из халотолерантних ризобактерија које подстичу раст биљака за ублажавање стреса салинитета у биљкама. Фронтиерс ин Мицробиологи. 2020;11:567768.
[22] Арруда П, Баррето П. Катаболизам лизина путем сахаропинског пута: Ензими и интермедијери укључени у одговор биљака на абиотички и биотички стрес. Границе у науци о биљкама. 2020;11:587.