بررسی فعالیت و ترکیبات ضد قارچی تولید شده از باکتری باسیلوس تویوننسیس بومي علیه قارچ‌های بیماری‌زای گیاهی آسپرژیلوس توبینجنسیس و فوزاریوم فوجی کوروای
محورهای موضوعی : میکروب شناسی محیطی
کوثر سادات شجاع الدین
1
,
شکوفه غازی
2
,
شادی سلسله ذاکری
3
1 - کارشناسی ارشد،گروه میکروبیولوژی ، دانشکده علوم و فناوری نوین ، واحد علوم پزشکی، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران
2 - استادیار، گروه میکروبیولوژی، دانشکده علوم و فناوری های نوین، واحد علوم پزشکی، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران.
3 - دکتری میکروبیولوژی ، گروه میکروبیولوژی، مرکز پژوهش های غلات، ، تهران،ایران
کلید واژه: آسپرژیلوس توبینجنسیس, فوزاریوم فوجی کوروای, باسیلوس تویوننسیس, خاک, متابولیت‌‌های ضدقارچی,
چکیده مقاله :
سابقه و هدف: قارچ‌های آسپرژیلوس‌توبینجنسیس (Aspergillus tubingensis) و فوزاریوم فوجی کوروای (Fusarium fujikuroi) در ایجاد پوسیدگی کشمش و طوقه برنج نقش دارند. امروزه استفاده از ترکیبات شیمیایی کاهش یافته، لذا گونههای باسیلوس (Bacillus) با خواص ضد قارچی، می‌توانند درحیطه‌ی کنترل‌زیستی استفاده گردند.هدف این پژوهش، بررسی متابولیت های ضد قارچی تولید شده ازگونه‌های باسيلوس علیه دو قارچ نامبرده می‌باشد.
مواد و روش‌ها: این پژوهش از نوع تجربی است. 5 نمونه خاک پارک‌های جنگلی شهرتهران جهت جداسازی جنس باسیلوس جمع آوری و بررسی فعالیت ضدقارچی گونههای باسیلوس به روش چاهک‌گذاری انجام‌‌شد.گونه منتخب جهت افزایش مقدار تولید متابولیت ضدقارچی بهینه سازی گردید.متابولیت ضد قارچی تولید شده با روش عصاره متانولی تخلیص شد و ترکیبات آن با آنالیزکروماتوگرافی GC-MSارزیابی شد. گونه منتخب جهت شناسایی هویت ژنتیکی برمبنای 16S rRNA بررسی گردید.
نتایج: میزان تولید متابولیت های ضد قارچی گونه های باسیلوس ارزیابی شد و یک گونه با داشتن بالاترین هاله مهار رشد قارچی به قطر265 /0±26و 265/0±25 میلی‌متر به عنوان گونه منتخب معرفی گردید.تلقیح این گونه درمحیط پایه تولیدی در حضور منبع کربن گلوکز، منبع نیتروژن عصاره مخمر،pHخنثی و با گرماگذاری در بازه زمانی 48ساعت افزایش زیادی در میزان تولید ترکیب ضدقارچی با قطرهاله 265 /0±31 و 265/0±30 میلی‌متر نشان داد. گونه برتر با نام باسیلوس تویوننسیس (Bacillus toyonensis) تعیین هویت شد.نتایج کروماتوگرافی تولید38/68% لیپوپپتیدهای گروه ایتورین (Iturin) را تایید کرد.
نتیجه‌گیری: باسیلوس تویوننسیس به عنوان یک سویه بومی جداسازی شده ازاکوسیستم خاک کشور پتانسیل زیادی در تولید متابولیت های ضدقارچی داشته و می‌توان از این قابلیت جهت کنترل زیستی آفات قارچی بهره گرفت.
Aimes and Background: Aspergillus tubingensis and Fusarium fujikuroi cause raisin rot and ring rot of rice .Nowadays, using chemical compounds has decreased. Therefore, Bacillus species having antifungal activities can be used in biocontrol. The aim of this research is evaluating antifungal metabolites produced from the Bacillus strains against two mentioned fungi.
Materials & Methods: This research is an experimental research type. 5 soil samples were collected from forest
soils of Tehran for the Bacillus isolation genus and the antifungal activity of the isolated Bacillus species were
evaluated using well-method. To increase the amount of antifungal production, superior strain was optimized.
Produced antifungal metabolite was purified by the Methanol extraction method and its compounds were evaluated
by GC chromatography analysis. Superior strain was assessed for genetic identity based on 16S rRNA sequencing.
Results: Production amount for antifungal metabolites of Bacillus species was evaluated and a strain showing the highest fungal growth-inhibition halo with a diameter of 26±0.265 and 25±0.265 mm (p≤0.05) introduced as the superior strain. Inoculation of this species into the production medium, in the presence of Glucose, Yeast extract as the nitrogen source, neutral pH, and with incubation time course of 48 hours showed the significant increase in the production rate of antifungal compounds with diameters of 31±0.265 and 30.265±0.0 mm (p≤0.05). The superior species was identified as the name of Bacillus toyonensis. Results of Gas chromatography confirmed the production of 68.38% antifungal metabolite from lipopeptides of the Iturin group.
Conclusion: Bacillus toyonensis, as a native strain isolated from the soil ecosystem of Iran, has a potent capacity in
producing antifungal metabolites and this potential can be benefited in biological control of fungal pests.
1- Doehlemann G, Ökmen B, Zhu W, Sharon A. Plant pathogenic fungi. Microbiology spectrum 2017; 5(1):5-1
2- Jiang C, Zhang X, Liu H, Xu JR. Mitogen-activated protein kinase signaling in plant pathogenic fungi. PLoS pathogens 2018; 14(3): 10-18.
3-Kostić A, Milinčić D, Petrović TS, Krnjaja V, Stanojević S, Barać M. Mycotoxins and mycotoxin producing fungi in pollen. Toxins 2019 ;11(2):64.
4-Saito H, Sasaki M, Nonaka Y, Tanaka J, Tokunaga T, Kato A. Spray application of nonpathogenic fusaria onto rice flowers controls bakanae disease (caused by Fusarium fujikuroi) in the next plant generation 2021 ;2 (7):6-18.
5-Cen Y, Lin J, Wang Y, Wang J, Liu Z. The gibberellin producer Fusarium fujikuroi: Methods and technologies in the current toolkit Frontiers in Bioengineering and Biotechnology2020 ; 8 (2):29 -32.
6-Papadaki A, Kachrimanidou V, Lappa I, Eriotou E, Sidirokastritis N, Kampioti A. Mediterranean raisins/currants as traditional superfoods. processing, health benefits, food applications and future trends within the bio-economy era Applied Sciences2021;11(4):16
7-Hase I, Kagatani J, Suzuki S, Yoshida S, Sakamoto K, Maitani F. Successfully treated bronchopulmonary oxalosis caused by Aspergillus tubingensis in a non-neutropenic patient A case report and review of the literature.Journal of Infection and Chemotherapy 2022;28(2):299-303.
8-Rani L, Thapa K, Kanojia N, Sharma N, Singh S, Grewal A. An extensive review on the consequences of chemical pesticides on human health and environment. Journal of Cleaner Production 2021; 20 (9):33-37.
9-Baibakova E, Nefedjeva E, Suska-Malawska M, Wilk M, Sevriukova G, Zheltobriukhov V. Modern fungicides: Mechanisms of action, fungal resistance and phytotoxic effects. Annual Research & Review in Biology 2019 ;5 (1):6
10-Aleaghaee S, Rezaee S, Ebadi M, Zamanizadeh H. Biological control of Fusarium oxysporum f. sp. lycopersici and induction of defensive enzyme of phenylalanine ammonialyse in tomato by Trichoderma and Bacillus antagonist isolates. Journal of Microbial World. 2019;12(2):125-38. ( in Persian)
11-Fira D, Dimkić I, Berić T, Lozo J, Stanković S. Biological control of plant pathogens by Bacillus species. Journal of biotechnology 2018; 9(1):44-55.
12-Khan N, Martínez-Hidalgo P, Ice T, Maymon M, Humm E, Nejat N. Antifungal activity of Bacillus species against Fusarium and analysis of the potential mechanisms used in biocontrol. Frontiers in microbiology 2018;9(1):23-63.
13-Desmyttere H, Deweer C, Muchembled J, Sahmer K, Jacquin J, Coutte F. Antifungal activities of Bacillus subtilis lipopeptides to two Venturia inaequalis strains possessing different tebuconazole sensitivity. Frontiers in microbiology2019;10(1):23-27
14-Devi S, Kiesewalter H, Kovács R, Frisvad J, Weber T, Larsen T. Depiction of secondary metabolites and antifungal activity of Bacillus velezensis DTU001. Synthetic and systems biotechnology 2019;4(3):142-9.
15- Golmoradi M, Shahidi Bonjar G, Aghighi S, Soltani Nejad M. Application of Soil‐borne Streptomycetes for Biological Control against Fusarium Wilt of Cumin (Cuminum cyminum L) caused by Fusarium oxysporum fsp cumini. Journal of Microbial World. 2021;14(2). ( in Persian)
16- Mohammadi A.,Akhwan -Sepehi A.,Hosseini -Dost R. Biological control of Pythium and Fusarium solani fungi by Native strains of Bacillus subtilis Biology of Microorganisms 2016;4(19):1–14.( in Persian)
17-Wu S,.Liu G, Zhou S, Sha Z, Sun C.Characterization of antifungal lipopeptide biosurfactants produced by marine bacterium Bacillus sp. CS30 . Marine Drugs 2019;17(4):199
18- Ayslu M , Fanisovona G, Lutfullin M, Khilyas I, Minnullina L, Gilyazeva A. Bacillus subtilis strains with antifungal activity against the phytopathogenic fungi. Agricultural Sciences 2016 ;8(1):1-20.
19- Rafiee F, Fazeli M, Akhavan Sepahi A, Noormohammadi Z. Antifungal activity of Bacillus subtilis isolated from soil in Tehran's parks against Fusarium graminearum. The scientific research quarterly of the world of microbes. 2021; (number 4 (consecutive 49)):17-28(in Persian)
20- Zarei M, Jahdi M. Determining the antifungal properties of Bacillus sp and Staphylococcus haemolyticus isolated Made from the native sponge of the Persian Gulf. animal Environment Quarterly 2017 ; 9(4): 559-566(in Persian)
21- Lovestead T and Urness K. Gas Chromatography-Mass Spectrometry (GC− MS). 2019; 5(3): 12-56
22-Ma Y, Kong Q, Qin C, Chen Y, Chen Y, Lv R, Zhou G. Identification of lipopeptides in Bacillus megaterium by two-step ultrafiltration and LC–ESI–MS/MS. Amb Express. 2016;6:1-5.
23- Oyedele A, Ogunbanwo T. Antifungal activities of Bacillus subtilis isolated from some condiments and soil. African Journal of Microbiology Research2014;8(18):1841-9
24- Rojas D, Vences M., Sohlenkamp C, Santoyo G . Bacillus toyonensis COPE52 modifies lipid and fatty acid composition, exhibits antifungal activity, and stimulates growth of tomato plants under saline conditions. Current Microbiology 2020;7(3):2735-44
25- Rong S, Xu H, Li L, Chen R, Gao X, Xu Z. Antifungal activity of endophytic Bacillus safensis B21 and its potential application as a biopesticide to control rice blast. Pesticide biochemistry and physiology 2020;16(2):69-77
26- Zahedi A, Motamedi H, Zarei Mahmoodabadi A .Isolation and identification of Bacillusproducing antifungal antibiotics from sources environmental Microbiology BiologyChamran University, Ahvaz, Iran 2013;4(8):54-101(in Persian)
27- Zakari Sh., Akhwan Sepehi A,. Rezapanah M . Evaluation of antifungal activity of Bacillus Cereus against Plant pathogenic fungi Verticillium Dahliae and Phytophthora Infestans Basic Sciences Azad University Islamic 2009 ;1(78): 41–52(in Persian)
28-Koilybayeva M., Shynykul Z, Ustenova G, Waleron K, Jońca J, Mustafina K.,.Gas Chromatography– Mass Spectrometry Profiling of Volatile Metabolites Produced by Some Bacillus spp. and Evaluation of Their Antibacterial and Antibiotic Activities . Molecules 2023; 2(8):56-75
29-Nas F, Aissaoui N, Mahjoubi M, Mosbah A, Arab M, Abdelwahed S. A comparative GC-MS analysis of bioactive secondary metabolites produced by halotolerant Bacillus spp isolated from the Great Sebkha \ of Oran. Int Microbiol. 2021;24(3):455-470
30-Richard G, Reilly C, Pusey P, Costello C, Arrendale R,Cox R. Isolation and identification of iturins as antifungal peptides in biological control of peach brown rot with Bacillus subtilis. Journal of Agricultural and Food Chemistry1998;36(2):366-70
31- Pathak K, Keharia H. Identification of surfactins and iturins produced by potent fungal antagonist, Bacillus subtilis K1 isolated from aerial roots of banyan (Ficus benghalensis) tree using mass spectrometry. 3 Biotech. 2014;283-95.