Properties of apple and pine bacteria of endophytic origin associated with plant growth promotion and biocontrol of pathogens

Endofitinės kilmės bakterijos kolonizuoja augalo vidinius audinius nesukeldamos jokių išorinių infekcijos požymių. Mikroorganizmai aptinkami kone kiekviename augale, su pastaruoju sudaro nepatogeninius ryšius ir gali skatinti jo augimą. Bakteriniai endofitai augalų augimą skatina dvejopai. Netiesioginis skatinimas gali vykti dėl endofitų gebėjimo nukonkuruoti patogeninius augalo mikroorganizmus, išskirti fermentus, biologiškai aktyvius junginius, slopinančius grybų, kitų patogenų augimą. Tiesioginis augalų augimo skatinimas yra susijęs su mikroorganizmų gebėjimu gaminti augalų augimo hormonus, fiksuoti atmosferos azotą, tirpdyti fosfatus (aprūpina augalą azotu bei fosforu). Eksperimentų metu buvo išskirtos 125 endofitinės kilmės grynosios kultūros (70 – pušų; 55 – obelų). Tyrimų metu įvertintos pagrindinės morfologinės ir biocheminės mikroorganizmų savybės. Nustatytos kultūrų savybės, susijusios su augalų augimo skatinimu (augimo hormono išskyrimas, azoto fiksavimas, fosfatų tirpdymas, sideroforų išskyrimas) bei patogenų biokontrole (endofitų gebėjimas slopinti testines kultūras (P. aeruginosa, S. typhimurium, M. luteus, E. coli, B. subtilis), obelų endofitų gebėjimas slopinti obelinio rauplėgrybio Venturia inaequalis augimą, gebėjimas sintetinti chitinazes, HCN). Išskirtinėmis morfologinės bei biocheminėmis savybėmis pasižymėjusios kultūros identifikuotos, nustatyta tiksli gentis bei rūšis.Endophytic origin bacteria are microorganisms that live in internal plant tissues without causing any disease symptoms. These microorganisms are found almost in all plants, can constitute non pathogenic relationships and promote plant growth. Bacterial endophytes can promote plant growth in two ways. Indirect plant growth promoting is associated with endophytic bacteria ability competing pathogenic microorganisms to produce wide range of variety biological active compounds and enzymes, which can inhibit growth of plant pathogens and thus out compete pathogenic microorganisms. Bacterial endophytes can directly affect plant growth by synthesis of phytohormones, production of siderophore and solubilization of phosphate as well as fixation of nitrogen. 125 endophytic bacteria associated with apple tree buds and pine needles were isolated, characterized and tested for their morphological and biochemical properties. Moreover, the ability to produce plant hormone IAA (indole-3-acetic acid), fix nitrogen and solubilizate phosphate were carried out. In this research the endophytic bacteria properties, associated with indirect plant growth promoting was evaluated. It was observed that, several endophytic strains were able to inhibit apple fungus Venturia inaequalis and Pseudomonas aeruginosa, Salmonella typhimurium, Microccocus luteus, Escherichia coli, Bacillus subtilis growth. Endophytic microorganisms with special properties were identified by type and species.Vytauto Didžiojo universiteta

Obelų endofitinių bakterijų gebėjimas gaminti indolil-3-acto rūgštį ir kitos su augalų augimo skatinimu susijusios jų savybės

Daugelio augalų audiniuose esantys endofitiniai mikroorganizmai gali paveikti augalų augimą. Toks tiesioginis skatinimas yra susijęs su augalų augimo hormonų gamyba bei jos reguliavimu; atmosferos azoto fiksavimu, netirpių fosfatų tirpdymu (padidėja augalams prieinamo azoto ir fosforo kiekis). Netiesiogiai augalų augimą gali skatinti endofitinių mikroorganizmų konkurencija su patogeniniais augalų mikroorganizmais – sideroforų išsiskyrimas mažina patogenams prieinamą geležies kiekį, kitas mikroorganizmų augimą slopinančias medžiagas. Šių tyrimų metu buvo išskirta 18 endofitinių obelų pumpurų grynų kultūrų ir nustatytos augalų augimą skatinančios jų savybės: atmosferos azoto fiksavimas, antibakterinių medžiagų išskyrimas, netirpių fosfatų tirpdymas, sideroforų išskyrimas, indolil-3-acto rūgšties (IAR) gamyba. Nustatyta, kad 17 kultūrų iš 18 yra metilotrofinės; 5Da5.1, 5Da6.1 ir 6O1.1 kultūros išskyrė medžiagas, slopinančias Salmonella typhimurium augimą. Dalis tirtų kultūrų tirpdė fosfatą ir išskyrė sideroforus. Devynios kultūros gamino IAR. Tirtų obelų endofitai pagamino 0,12–0,24 μg IAR miligramui baltymoAll plants in nature harbor a diverse community of endophytic bacteria. They can produce a wide range of various compounds, which can positively affect the host plant growth. Endophytes can participate in providing plant with nutrients, competing with plants pathogens or directly effecting the plant growth by synthesis of phytohormones. In this study, endophytic bacteria associated with apple tree buds were isolated, characterized and tested for their ability to produce the plant hormone IAA (indole 3 acetic acid). Nine isolates were shown to produce IAA. Amounts of IAA produced in culture varied between 0.12–0.24 micrograms per milligram of protein. Several bacterial endophytes were shown to produce siderophores and substances which inhibited the growth of the test strain. We also screened the isolates for other PGP traits, as abilities to solubilize phosphate and fix nitrogen. Our results suggest that IAA production and other PGB traits are common among apple tree endophytic bacteriaBiochemijos katedraBiologijos katedraVytauto Didžiojo universiteta

Research of physical fitness of sen children in the age of 11-13 years

Straipsnyje nagrinėjama specialiųjų ugdymo(si) poreikių turinčių (neįgaliųjų) moksleivių fizinio pajėgumo komponentų kaita 11-13 metų tarpsniu. Atlikta neįgaliųjų ir neturinčių psichinio vystymosi sutrikimų moksleivių (mergaičių ir berniukų) fizinio pajėgumo lyginamoji analizė. Fizinis pajėgumas buvo tiriamas taikant Eurofito testus. Ištirta, kad visais amžiaus tarpsniais (11, 12, 13 metų) neįgaliųjų moksleivių fizinis pajėgumas prastesnis nei neturinčių psichinio vystymosi sutrikimų moksleivių. Tačiau tepingo testo rodikliai, parodantys galūnės judesių greitumą, neįgaliųjų mergaičių ir berniukų geresni negu įprastai besivystančių vaikų. Abiejų grupių moksleivių fizinio pajėgumo komponentai kasmet kito, bet skirtingais tempais, o kai ku­rie fizinio pajėgumo komponentai per metus turėjo tendenciją pablogėti. Tyrimo rezultatai orientuoja į tai, kad specialiųjų ugdymosi poreikių turinčių moksleivių kūno kultūros pamokos turėtų būti specifiškai adaptuotos šio kontingento fiziniams gebėjimams lavinti ir judėjimo įgūdžiams formuoti.Health stale determines children with special education needs integration in society. Health is a physical and physic societal normality of an individual (Medical encyclopedia, 1993). It is a human state, which includes of physical, social and psychic dimensions. The latter has being analyzed rather broadly. The physical aspect of disabled children's purposeful education has not met any proper attention from specialists. For this reason to achieve versatile quality of life it is necessary to accumulate knowledge potential of this type and to educate a positive attitude to physical activity. The determine physical fitness indices of 11-13 year old age disabled pupils a Eurofit test package was used. It allowed to determine dynamic means of the examined components in the period of three years. After the comparative analysis of the examined pupils, physical fitness change peculiarities of separate components have been determined. On the basis of the obtained results the conclusion is made that limb movement speed of disabled pupils in all age groups were higher than of capable pupils. Other physical fitness components of capable pupils were higher than of the disabled

Bakterinių endofitų reikšmė žemės ūkio augalų atsparumui stresui : apžvalga

Bakteriniai endofitai yra augaluose plačiai paplitusi endosimbiontinių mikroorganizmų grupė, kuri kolonizuoja visų augalo dalių tarpląstelines bei viduląstelines sritis ir nesukelia augalų ligų ar reikšmingų morfologinių pakitimų. Augalų ir endofitinių bakterijų sąveikai būdinga didelė taksonominė bakterijų ir augalų įvairovė. Apžvalgoje apibendrintos žinios apie ištirtų būdingų žemės ūkio augalų endofitų taksonominė sudėtį. Pastarąjį dešimtmetį naujų duomenų apie šių mikroorganizmų įvairovę pateikė naujų metagenominės analizės metodų taikymas tiriant endofitines bakterijas. Endofitinių bakterijų bendrijų struktūrą lemia augalo genotipas, aplinkos sąlygos, mikroorganizmų tarpusavio sąveika ir jų sąveika su augalais. Tokios žemės dirbimo technologijos kaip dirvos arimas, drėkinimas, pesticidų ir trąšų naudojimas turi didelę įtaką dirvožemio bei endofitinių mikroorganizmų populiacijų funkcijoms ir struktūrai. Todėl natūralią augalų endofitinių bakterijų įvairovę palaikančios žemės ūkio technologijos tampa svarbia darnios žemdirbystės dalimi, užtikrinančia didelį augalų produktyvumą ir žemės ūkio produkcijos kokybę. Įvairios endofitinių mikroorganizmų bendrijos yra neatsiejama agroekosistemų dalis, svarbi jų funkcionavimui. Nustatyta, kad endofitinės bakterijos gali skatinti augalo šeimininko augimą, reguliuoti metabolizmą, fitohormonų signalinius kelius ir tokiu būdu didinti augalų atsparumą aplinkos abiotiniam ar biotiniam stresui. Endofitinių bakterijų panaudojimas sudaro galimybę kurti žemės ūkio technologijas, kurios užtikrintų didesnį augalų atsparumą šalčio, sausros ar užterštų dirvožemių stresui arba padidintų augalų atsparumą ligomsBacterial endophytes are a class of endosymbiotic microorganisms widespread among plants that colonize intercellular and intracellular spaces of all plant compartments and do not cause plant disease or significant morphological changes. Plant and endophytic bacteria association includes vast diversity of bacterial taxa and plant hosts and in this review we present an overview of taxonomic composition of endophytes identified in common agricultural crops. Further, during the last decade, new aspects of the microbial diversity have emerged with application of new metagenomic analysis methods in studies of bacterial endophytes. Endophytic bacteria community structure is influenced by plant genotype, abiotic and biotic factors such as environment conditions, microbe – microbe interactions and plant – microbe interactions. Agricultural practices, such as soil tillage, irrigation, use of pesticides and fertilizers have a major effect on function and structure of soil and endophytic microbial populations. Therefore, the use of agricultural practices that maintain natural diversity of plant endophytic bacteria is becoming an important element of sustainable agriculture that could ensure plant productivity and quality of agricultural production. The diverse endophytic microbial communities play integral and unique role in the functioning of agroecosystems. Endophytic bacteria have been shown to have several beneficial effects on their host plant, including growth promoting activity, modulation of plant metabolism and phytohormone signalling that leads to adaptation to environmental abiotic or biotic stress. Use of endophytic bacteria presents a special interest for development of agricultural applications that ensure improved crop performance under cold, draught or contaminated soil stress conditions or enhanced disease resistanceLietuvos agrarinių ir miškų mokslų centrasLietuvos agrarinių ir miškų mokslų centro Sodininkystės ir daržininkystės institutasVytauto Didžiojo universitetasŽemės ūkio akademij

Microbial antagonism of putative bacterial endophytes from apple (Malus × domestica Borkh)

It is presumed that all plants are inhabited by diverse species of microorganisms known as endophytes. Information about composition and activity of endophytic microbiome of woody plants is mostly concerned with bacterial and fungal populations of plant rhizosphere. Meanwhile only fragmented knowledge is present about endophytes that reside in phyllosphere of cultivated tree plants such as domestic apple (Malus x domestica Borkh.). In this study, thirty-eight putative endophytic bacterial isolates were cultured from buds of apple. Analysis of 16 S rRNA gene sequence revealed presence of Curtobacterium, Pantoea and six Pseudomonas species among the isolates. Characterization of microbial growth suppresing properties demonstrated that 17, 2, 3 and 4 of the isolates displayed antagonistic activity against Micrococcus luteus, Bacillus subtilis, Escherichia coli and Pseudomonas aeruginosa, respectively. None of the culture filtrates was inhibiting growth of all four bacteria or Salmonella typhimurium. Ability to produce siderophores was characteristic to 27 of the isolates, and 8 isolates were producers of hydrogen cyanide. However, these traits only weekly correlated to the microbial growth inhibiting properties of sterile culture filtrates prepared from the isolates. Characterization of capability to cross-inhibit growth among the isolates revealed a complex picture of potential interactions that are present within the population of endophytic bacteria of apple phyllosphere. In addition, it was determined that three of endophytic strains were able to inhibit growth of pathogen of apple Venturia inaequalis, suggesting potential for biocontrol applicationBiochemijos katedraLietuvos agrarinių ir miškų mokslų centrasVytauto Didžiojo universiteta

Identification and characterization of NADPH-oxidase genes in domestic apple (Malus × domestica Borkh.)

Many economically important plants used in horticulture, such as apple, pear, cherry, peach and strawberry, belongs to Rosaceae family. Apple is one of three model species of the Rosaceae family, therefore extensive genome information and knowledge on biology and genetics of apple became available recently. Plant cells contain superoxide anion producing NADPH oxidase enzyme, also known as respiratory burst oxidase (RBOH), of NOX protein family that is located in plasma membrane and contributes to generation of reactive oxygen species (ROS) that plays important role in cell signaling involved in plant development, abiotic stress response and pathogen defense. RBOH genes have been described in different plant species during last two decades. Arabidopsis thaliana genome contains ten AtRBOH genes (A-J) that demonstrate different expression levels and function in different plant tissues. A number of RBOH homologous genes has been identified in other plants. However, number and function of RBOH homologs in plants of Rosaceae family still remains unknown. Therefore this study was aimed to identify RBOH genes in apple (Malus × domestica Borkh.) and to characterize their expression in shoots grown under in vitro conditions. For identification and phylogenetic analysis of genes of apple RBOHs, protein sequences were retrieved by a similarity search. Query of the Apple predicted peptide database with the ten Arabidopsis RBOH orthologous protein sequences identified eight unique full-length sequence matches. Two genes that were annotated to code transcripts with only partial sequence coverage of RBOH protein were identified in apple genomic database. However, additional analysis using Fgenesh gene prediction algorithm resulted in assembly of single ninth sequence of MdRBOH gene. [...]Gamtos mokslų fakultetasLietuvos agrarinių ir miškų mokslų centro filialas Sodininkystės ir daržininkystės institutasVytauto Didžiojo universiteta

Naminės obels endofitinių bakterijų izoliatų augalų augimą skatinančios ir antagonistinės savybės

Endofitinės bakterijos yra plačiai paplitusios augalų audiniuose; nustatyta, kad jos reguliuoja augalų augimą ir pasižymi savybėmis, perspektyviomis augalų biologinei apsaugai. Nedaug tyrimų yra paskelbta apie kultūrinių sumedėjusių augalų, pavyzdžiui, naminės obels (Malus × domestica Borkh.), filosferos endofitines bakterijas. Todėl šio tyrimo tikslas – identifikuoti kultivuojamas endofitines bakterijas būdingas obels filosferai ir ištirti šių endofitų augalų augimą skatinančias biochemines savybes bei mikroorganizmų augimą slopinančias savybes. Iš lauko sąlygomis auginamų veislių ‘Gala’, ‘Golden Delicious’ ir ‘Orlovim’ pumpurų buvo izoliuoti 38 kultivuojamų endofitinių bakterijų izoliatai, iš kurių 13 buvo identifikuoti kaip Curtobacterium, Pantoea ir Pseudomonas genčių bakterijos. Biocheminio aktyvumo savybių tyrimais įvertintos šių izoliatų augalų augimą skatinančios ir mikroorganizmų augimą slopinančios savybės – azoto fiksacija, idolo-3-acto rūgšties (IAR) gamyba, fosfatų tirpinimas, sideroforų ir ciano vandenilio gamyba. Keletui izoliatų buvo būdingas antagonistinis poveikis tirtoms nepatogeninėms ir patogeninėms bakterijoms: 17 izoliatų slopino Micrococcus luteus augimą, 4 – Pseudomonas aeruginosa, 2 – Escherichia coli ir Bacillus subtilis. Be to, nustatyta, kad du Pantoea sp. (D_8 ir D_10) izoliatai ir Pseudomonas fluorescens grupės izoliatas D_7 slopina obels patogeno obelinio rauplėgrybio (Venturia inaequalis (Cke) Wint.) augimą, todėl galima daryti prielaidą, kad endofitai gali būti svarbūs didinant augalų atsparumą ligoms ir kuriant biologinės kontrolės priemonesBacterial endophytes are common inhabitants of plant tissues that have been shown to play an important role in regulation of plant growth and to have the potential as biological agent for plant disease protection. Only fragmented knowledge is present about endophytes that reside in the phyllosphere of cultivated tree plants such as domestic apple (Malus × domestica Borkh.). Therefore the goal of this study was to identify culturable endophytic bacteria characteristic of an apple phyllosphere and to establish biochemical traits involved in plant growth promoting activity as well as to study microbial growth suppressing activity of the endophytes. Thirty-eight putative endophytic bacteria were isolated from apple buds of cultivars ‘Gala’, ‘Golden Delicious’ and ‘Orlovim’ grown under field conditions and 13 of the isolates were assigned to Curtobacterium, Pantoea and Pseudomonas species. Biochemical tests revealed traits important for plant growth stimulation and microbial growth suppression characteristics of the isolates, including nitrogen fixation, production of indole-3-acetic acid (IAA), phosphate solubilization, production of siderophores and hydrogen cyanide. Several isolates displayed antagonistic activity against selected non-pathogenic and pathogenic bacterial strains: 17 isolates were able to inhibit growth of Micrococcus luteus, 4 – Pseudomonas aeruginosa, 2 – Escherichia coli and Bacillus subtilis. In addition, it was determined that two isolates of Pantoea sp. (D_8 and D_10) and Pseudomonas fluorescens group isolate D_7 were able to inhibit growth of the apple scab pathogen (Venturia inaequalis (Cke) Wint.), suggesting a role of the endophytes in disease resistance and a potential use for biocontrol applicationsBiochemijos katedraLietuvos agrarinių ir miškų mokslų centrasLietuvos agrarinių ir miškų mokslų centro Sodininkystės ir daržininkystės institutasVytauto Didžiojo universitetasŽemės ūkio akademij

Proteomic study of the response of Helianthus annuus to pre-sowing seed treatment by electromagnetic field and low temperature plasma

Seed germination and seedling establishment are critical steps in agricultural production and in the maintenance of natural ecosystems. Seed treatment with non-ionizing low-level radiation (NR), such as cold plasma (CP) or electromagnetic field (EF), is a modern ecoagricultural technology for stimulation plant growth. Although the body of information on the biological effects of the NR in plants is growing, systematic in-depth analysis of the molecular mechanisms involved in the responses is needed. So far, genomic studies using mammalian cells revealed an influence of CP treatment on several biological pathways of the eukaryotic cells, however no genomic studies of plant seed response to CP or other NR have been reported to date. The response of two different varieties (confectionary and oilseed) of common sunflower (Helianthus annuus) to seed treatment with stressors was investigated in this study. The effects of pre-sowing seed treatment, using vacuum (7 min), radio-frequency electromagnetic field (5-15 min) and cold plasma (2-7 min), on germination and growth of Helianthus annuus by using germination tests, estimating plant morpho-physiological parameters and radical scavenging activity in leaf extracts. To gain an insight into the molecular mechanisms underlying effect of NR on sunflower seed germination and dormancy, we estimated changes induced in the balance of plant hormones and differential protein expression. For both plant varieties the germination and plant growth response to stressor treatment becomes stronger with increasing the time interval between the seed treatment and sowing, indicating that seed treatment by stressors activates the chain of signal transduction pathways that needs some time to develop for generating changes in gene expression pattern and numerous biochemical activities. [...]Biochemijos katedraBotanikos sodasGamtos mokslų fakultetasLietuvos agrarinių ir miškų mokslų centrasVytauto Didžiojo universiteta

Proteomic analysis of the molecular mechanisms of the response of plant seeds to pre-sowing treatment by stressors

Abstracts of special issue: 41st FEBS Congress, Molecular and Systems Biology for a Better Life, Ephesus/Kuşadasi, Turkey, September 3‐8, 2016Seed treatment with non-ionizing low-level radiation (NR), suchas cold plasma (CP) or electromagnetic field (EF), is a moderneco-agricultural technology for stimulation of plant germinationand performance. The molecular determinants of seed responseto these treatments are not established and no genomic studies ofplant seed response to NR have been reported. We studied theeffects of pre-sowing seed treatment, using vacuum (7 min),radio-frequency EF (5–15 min) and CP (2–7 min), on germina-tion and growth of non-oilseed Helianthus annuus. To gain aninsight into the molecular mechanisms underlying effect of NRon sunflower seed germination and dormancy, we estimatedchanges induced in the balance of plant hormones and differen-tial protein expression. The results of the germination tests andestimation of seedling morphology showed that response devel-ops in time and is stronger when sowing is performed in 7 days in comparison to 3 days after seed treatment. The 2D DIGEanalysis revealed 38 differentially expressed proteoforms in ker-nels of seeds treated with CP or EF. Proteins involved in biologi-cal processes of seed maturation, response to stress, response toabscisic acid stimulus, processes of organonitrogen compoundmetabolism and glucose catabolism were identified. While expres-sion patterns for majority of the proteins were highly specific toCP and EF treated seed kernels, accumulation of several proteo-forms of seed storage proteins (SSP), including vincilin-like, mira-culin-like protein and albumin-8 were common for bothexperimental groups. This suggested that response to NR treat-ment could be at least partially associated to function of SSPs inresponse to oxidative stress that protects proteins required forseed germination and seedling formation. [...]Biochemijos katedraBotanikos sodasGamtos mokslų fakultetasLietuvos agrarinių ir miškų mokslų centrasVytauto Didžiojo universiteta