Effect of Exopolysaccharides of the Bacterium Paenibacillus Polymyxa 1465 on Growth and Defense Responses of Wheat
Rhizobacteria of the genus Paenibacillus promote plant growth and induced systemic resistance to diverse environmental stresses. Here we present the results for the effect of exopolysaccharides (EPS) obtained from growth of Paenibacillus polymyxa 1465 with different carbon sources on the early stages in the development of wheat (Triticum aestivum L. cv. Saratovskaya 29) and on the peroxidase activity in wheat seedling tissue. Model experiments indicated that these EPS (at 0.2 mg/ml), when used for treatment of wheat seeds, exhibited various degrees of enhancement of seedling root and shoot lengths and weights, with the greatest effect being on the root system. We discuss the linkage between the level of the stimulatory influence of the EPS and the peculiarities of their structure. Pretreatment of seeds with the exoglycans of P. polymyxa also increased the root content of o-phenylene- and guaiacol-dependent peroxidases 2- and 1.5-fold, respectively, with the protein concentration in the samples increasing 4-fold, as compared with the control. The obtained results allow the conclusion that the EPS of P. polymyxa promote the growth, development, and defense responses of wheat.
1. Kloepper J. W. Plant growth-promoting rhizobacteria as biological control agents // Soil microbial ecologyapplications in agricultural and environmental management / ed. F. B. Jr. Metting. N.Y. : Marcel Dekker, 1992. P. 255–274.
2. Mart??nez-Viveros O., Jorquera M. A., Crowley D. E., Gajardo G., Mora M. L. Mechanisms and practical considerations involved in plant growth promotion by rhizobacteria // J. Soil Sci. Plant Nutr. 2010. Vol. 10. P. 293–319.
3. Ash C., Priest F. G., Collins M. C. Molecular identifi cation of rRNA group 3 bacilli using a PCR probe test // Antonie van Leeuwenhoek. 1993. Vol. 64. P. 253–260.
4. Lal S., Tabacchioni S. Ecology and biotechnological potential of Paenibacillus polymyxa: a minireview // Indian J. Microbiol. 2009. Vol. 49. P. 2–10.
5. Heulin T., Berge O., Mavingui P., Gouzou L. Bacillus polymyxa and Rahnella aquatilis, the dominant N2-fi xing bacteria associated with wheat rhizosphere in French soils // Europ. J. Soil Biol. 1994. Vol. 30. P. 35–42.
6. Haggag Wafaa M. Colonization of exopolysaccharideproducing Paenibacillus polymyxa on peanut roots for enhancing resistance against crown rot disease // Afr. J. Biotechnol. 2007. Vol. 6. P. 1568–1577.
7. Cakmakci R., Erat M., Erdogan U., Donmez M. F. The infl uence of plant growth–promoting rhizobacteria on growth and enzyme activities in wheat and spinach plants // J. Plant Nut. Soil. Sci. 2007. Vol. 170. P. 288–295.
8. Kwon Y. S., Lee D. Y., Rakwa R., Baek S.-B., Lee J. H., Kwak Y.-S., Seo J.-S., Chung W. S., Bae D.-W., Kim S. G. Proteomic analyses of the interaction between the plant-growth promoting rhizobacterium Paenibacillus polymyxa E681 and Arabidopsis thaliana // Proteomics. 2016. Vol. 16. P. 122–135.
9. Тарчевский И. А. Сигнальные системы растений. М. : Наука, 2002. 294 c.
10. Туманова С. Ю. Роль гликопротеинов, гликолипидов в межклеточных взаимодействиях // Биохимия. 1978. Т. 43, № 3. С. 387–398.
11. Стадник Г. И., Калашникова Е. Е., Коннова С. А., Игнатов В. В. Роль поверхностных и внеклеточных соединений бактерии Xanthomonas campestris в патогенных взаимоотношениях с растениями капус- ты // Микробиология. 2001. Т. 70, № 2. С. 270–274.
12. Liang T.-W., Wang S.-L. Recent advances in exopolysaccharides from Paenibacillus spp.: production, isolation, structure, and bioactivities // Mar. Drugs. 2015. Vol. 13. P. 1847–1863.
13. Yegorenkova I. V. Exopolysaccharides of Paenibacillus polymyxa rhizobacteria in plant–bacterial interactions // Bacteria in agrobiology: crop productivity. Vol. 7 / eds. D. K. Maheshwari, M. Saraf, A. Aeron. Berlin : SpringerVerlag, 2013. P. 401–437.
14. Yegorenkova I. V., Tregubova K. V., Matora L. Yu., Burygin G. L., Ignatov V. V. Biofi lm formation by Paenibacillus polymyxa strains differing in the production and rheological properties of their exopolysaccharides // Curr. Microbiol. 2011. Vol. 62. P. 1554–1559.
15. Yegorenkova I. V., Tregubova K. V., Ignatov V. V. Paenibacillus polymyxa rhizobacteria and their synthesized exoglycans in interaction with wheat roots : colonization and root hair deformation // Curr. Microbiol. 2013. Vol. 66. P. 481–486.
16. Егоренкова И. В., Трегубова К. В., Матора Л. Ю., Бурыгин Г. Л., Игнатов В. В. Состав и иммунохими- ческая характеристика экзополисахаридов ризобак- терий Paenibacillus polymyxa 1465 // Микробиология. 2008. Т. 77, № 5. С. 623–629.
17. Вестфаль О., Янн К. Бактериальные липополи- сахариды // Методы химии углеводов / под ред. Н. К. Кочеткова. М. : Мир, 1967. С. 325–332.
18. Бурханова Г. Ф., Яруллина Л. Г., Максимов И. В. Регуляция хитоолигосахаридами защитных реак- ций растений пшеницы при инфицировании Bipolaris sorokiniana // Физиология растений. 2007. Т. 54, № 1. С. 119–126.
19. Скоупс Р. Методыочистки белков. М. : Мир, 1985. 315 с.
20. Кораблева Н. П., Платонова Т. А. Биохимические аспекты гормональной регуляции покоя и иммуните- та растений : (Обзор) // Прикладная биохимическая микробиология. 1995. Т. 31, № 1. С. 103–114.
21. Yegorenkova I. V., Fomina A. A., Tregubova K. V., Konnova S. A., Ignatov V. V. Physical-chemical properties and biological activity of the exopolysaccharides of the rhizobacterium Paenibacillus polymyxa 1465 // Sci. conf. boil. active substances : fundamental and applied problems. AR Crimea, Ukraine, May 25–30, 2009. Киев, 2009. P. 267–268.
22. Федорова В. Я., Чайкина Е. Л., Бакунина И. Ю., Ана- стюк С. Д., Исаков В. В., Анисимов М. М., Звягинце- ва Т. Н. Влияние 1,3;1,6-?-D-глюкана и продуктов его ферментативной трансформации на формирование проростков гречихи Fagopyrum esculentum Monch // Химия растительного сырья. 2009. № 3. С. 139–146.
23. Елякова Л. А. Регуляция ?-1,3;1,6-глюканами расти- тельного и животного иммунитетов. Энзиматический синтез новых иммуностимуляторов // Вестн. ДВО РАН. 1995. № 2. С. 74–85.
24. Озерецковская О. Л., Васюкова Н. И. При использо- вании элиситоров для защиты сельскохозяйственных растений необходима осторожность // Прикладная биохимия и микробиология. 2002. № 3. С. 322–325.
25. Яруллина Л. Г. Механизмы индуцирования устойчи- вости пшеницы к грибным патогенам : автореф. дис. … д-ра биол. наук. Уфа, 2006.