Культурально-физиологическая характеристика штаммов Sinorhizobium fredii селекции ВНИИ сои и их способность продуцировать витамины В₉ и В₁₂

Актуальность. Микроорганизмы, стимулирующие рост растений (PGPB), в том числе и ризобии, с помощью различного физиологического, молекулярного и биохимического воздействий улучшают продуктивность растений. Из вышеперечисленных факторов наименее изучена роль витаминов. Для оценки способности ризобий продуцировать витамины В₉ и В₁₂ были отобраны штаммы вида Sinorhizobium fredii, которые представляют собой однородную группу и имели хороший и обильный рост биомассы на различных питательных средах.
Методы. Культурально-физиологические свойства штаммов изучали общепринятыми лабораторными микробиологическими методами. Пересевы коллекционных штаммов ризобий, изучение различных свойств этих бактерий проводили на питательной среде МДА и МРС, а также на производственных питательных средах RM и TY производства фирмы HIMEDIA (Индия). Определение чувствительности штаммов S. fredii к антибиотикам проводили диско-диффузным методом. Содержание в бактериальной массе ризобий витаминов В₉ и В₁₂ определяли хемилюминесцентным иммунным методом с использованием иммунохимических систем Access на хемилюминесцентном анализаторе Access2.
Результаты. Установлено, что изучаемые штаммы S. fredii имеют хороший или обильный рост бактериальной массы на питательных средах МРС, МДА, RM и TY. Они каталазоположительные, обладают высокой и средней устойчивостью к АБП. Наибольшую концентрацию витамина В₉ в биомассе синтезировали штаммы СБ-39 (75,0 пг/мл), ББ-49 (66,6 пг/мл) и ТБ-488 (48,9 пг/мл), а витамина В₁₂ — штаммы ББ-49, СБ-39 (1500 пг/мл).

1. Singh D., Ghosh P., Kumar J., Kumar A. Plant Growth-Promoting Rhizobacteria (PGPRs): Functions and Benefits. Singh D., Gupta V., Prabha R. (eds.). Microbial Interventions in Agriculture and Environment. Singapore: Springer. 2019; 2: 205–227. https://doi.org/10.1007/978-981-13-8383-0_7

2. Palacios O.A., Bashan Y., de-Bashan L.E. Proven and potential involvement of vitamins in interactions of plants with plant growth-promoting bacteria — an overview. Biology and Fertility of Soils. 2013; 50(1): 140–158. https://doi.org/10.1007/s00374-013-0894-3

3. Cronan J.E., Littel K.J., Jackowski S. Genetic and biochemical analyses of pantothenate biosynthesis in Escherichia coli and Salmonella typhimurium. Journal of Bacteriology. 1982; 149(3): 916–922. https://doi.org/10.1128/jb.149.3.916-922.1982

4. Balabanova L., Averianova L., Marchenok M., Son O., Tekutyeva L. Microbial and Genetic Resources for Cobalamin (Vitamin B12) Biosynthesis: From Ecosystems to Industrial Biotechnology. International Journal of Molecular Sciences. 2021; 22(9): 4522. https://doi.org/10.3390/ijms22094522

5. Bernhardt C., Zhu X., Schütz D., Fischer M., Bisping B. Cobalamin is produced by Acetobacter pasteurianus DSM 35099. Applied Microbiology and Biotechnology. 2019; 103(9): 3875–3885. https://doi.org/10.1007/s00253-019-09704-3

6. Acevedo-Rocha C.G., Gronenberg L.S., Mack M., Commichau F.M., Genee H.J. Microbial cell factories for the sustainable manufacturing of B vitamins. Current Opinion in Biotechnology. 2019; 56: 18–29. https://doi.org/10.1016/j.copbio.2018.07.006

7. Zhang Y., Li X., Wang Z., Wang Y., Ma Y., Su Z. Metabolic Flux Analysis of Simultaneous Production of Vitamin B12 and Propionic Acid in a Coupled Fermentation Process by Propionibacterium freudenreichii. Applied Biochemistry and Biotechnology. 2021; 193(10): 3045–3061. https://doi.org/10.1007/s12010-021-03584-y

8. Oh S., Cave G., Lu C. Vitamin B12 (Cobalamin) and Micronutrient Fortification in Food Crops Using Nanoparticle Technology. Frontiers in Plant Science. 2021; 12: 668819. https://doi.org/10.3389/fpls.2021.668819

9. de-Bashan L.E., Bashan Y. Joint Immobilization of Plant Growth-Promoting Bacteria and Green Microalgae in Alginate Beads as an Experimental Model for Studying Plant-Bacterium Interactions. Applied and Environmental Microbiology. 2008; 74(21): 6797–6802. https://doi.org/10.1128/AEM.00518-08

10. de-Bashan L.E., Antoun H., Bashan Y. Cultivation factors and population size control uptake of nitrogen by the microalgae Chlorella vulgaris when interacting with the microalgae growth-promoting bacterium Azospirillum brasilense. FEMS Microbiology Ecology. 2005; 54(2): 197–203. https://doi.org/10.1016/j.femsec.2005.03.014

11. Marek-Kozaczuk M., Skorupska A. Production of B-group vitamins by plant growth-promoting Pseudomonas fluorescens strain 267 and the importance of vitamins in the colonization and nodulation of red clover. Biology and Fertility of Soils. 2001; 33(2): 146–151. https://doi.org/10.1007/s003740000304

12. Matamoros M.A. et al. Biosynthesis of Ascorbic Acid in Legume Root Nodules. Plant Physiology. 2006; 141(3): 1068–1077. https://doi.org/10.1104/pp.106.081463

13. Kang B.G., Kim W.T., Yun H.S., Chang S.C. Use of plant growth-promoting rhizobacteria to control stress responses of plant roots. Plant Biotechnology Reports. 2010; 4(3): 179–183. https://doi.org/10.1007/s11816-010-0136-1

14. Tazoe M., Ichikawa K., Hoshino T. Purification and Characterization of Pyridoxine 5′-Phosphate Phosphatase from Sinorhizobium meliloti. Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry. 2005; 69(12): 2277–2284. https://doi.org/10.1271/bbb.69.2277

15. Revillas J.J., Rodelas B., Pozo C., Martínez-Toledo M.V., González-López J. Production of B-group vitamins by two Azotobacter strains with phenolic compounds as sole carbon source under diazotrophic and adiazotrophic conditions. Journal of Applied Microbiology. 2000; 89(3): 486–493. https://doi.org/10.1046/j.1365-2672.2000.01139.x

16. Martínez-Viveros O., Jorquera M.A., Crowley D.E., Gajardo G., Mora M.L. Mechanisms and practical considerations involved in plant growth promotion by rhizobacteria. Journal of soil science and plant nutrition. 2010; 10(3): 293–319. https://doi.org/10.4067/S0718-95162010000100006

17. Nakei M.D., Venkataramana P.B., Ndakidemi P.A. Soybean-Nodulating Rhizobia: Ecology, Characterization, Diversity, and Growth Promoting Functions. Frontiers in Sustainable Food Systems. 2022; 6: 824444. https://doi.org/10.3389/fsufs.2022.824444

18. Jaiswal S.K., Mohammed M., Ibny F.Y.I., Dakora F.D. Rhizobia as a Source of Plant Growth-Promoting Molecules: Potential Applications and Possible Operational Mechanisms. Frontiers in Sustainable Food Systems. 2021; 4: 619676. https://doi.org/10.3389/fsufs.2020.619676

19. Moore S.J., Warren M.J. The anaerobic biosynthesis of vitamin B12. Biochemical Society Transactions. 2012; 40(3): 581–586. https://doi.org/10.1042/BST20120066

20. Mastella L. et al. First report on Vitamin B9 production including quantitative analysis of its vitamers in the yeast Scheffersomyces stipitis. Biotechnology for Biofuels and Bioproducts. 2022; 15: 98. https://doi.org/10.1186/s13068-022-02194-y

21. Yadav A.N. et al. Biodiversity, and biotechnological contribution of beneficial soil microbiomes for nutrient cycling, plant growth improvement and nutrient uptake. Biocatalysis and Agricultural Biotechnology. 2021; 33: 102009. https://doi.org/10.1016/j.bcab.2021.102009

22. Babalola O.O. Beneficial bacteria of agricultural importance. Biotechnology Letters. 2010; 32(11): 1559–1570. https://doi.org/10.1007/s10529-010-0347-0

23. Cesco S. et al. Plant-borne flavonoids released into the rhizosphere: impact on soil bio-activities related to plant nutrition. A review. Biology and Fertility of Soils. 2012; 48(2): 123–149. https://doi.org/10.1007/s00374-011-0653-2

24. Mukherjee T., Hanes J., Tews I., Ealick S.E., Begley T.P. Pyridoxal phosphate: Biosynthesis and catabolism. Biochimica et Biophysica Acta (BBA) — Proteins and Proteomics. 2011; 1814(11): 1585–1596. https://doi.org/10.1016/j.bbapap.2011.06.018