Микробные союзники, привлеченные Bacillus subtilis JCK-1398 для защиты сосен от сосновой нематоды | Научные отчёты

Научные отчеты, том 15, номер статьи: 9670 (2025) Ссылаться на эту статью

1585 доступов

2 Альтметрика

Подробные данные по метрикам

Увядание сосны (PWD) — разрушительное заболевание, вызываемое нематодой (Bursaphelenchus xylophilus). Его существенные экологические нарушения наносят ущерб лесному хозяйству во всем мире и создают серьезные экономические проблемы. Хотя предыдущие исследования показали, что Bacillus subtilis JCK-1398 может вызывать системную резистентность у сосен, экологические механизмы, лежащие в основе его эффективности биологического контроля, остаются недостаточно изученными. В данном исследовании изучалось, как обработка JCK-1398 влияет на микробные сообщества, ассоциированные с ризосферой и нематодами, для смягчения PWD. Анализ метабаркодирования показал, что обработка JCK-1398 увеличила численность полезных микробных таксонов (например, Nocardioides и Mesorhizobium) в микробиоме ризосферы. Одновременно с этим в микробных сообществах, ассоциированных с нематодами, стал доминировать Pantoea, род с известными нематоцидными свойствами. Выделение и характеристика штамма Pantoea dispersa BC11 подтвердили, что он значительно ограничивает жизнеспособность нематод. Эти результаты подчеркивают многогранную защиту, которую обеспечивает JCK-1398, не только индуцируя системную резистентность, но и управляя благоприятной динамикой микробиома. Данное исследование подчёркивает потенциал манипулирования микробным холобионтом для экологически безопасного и устойчивого контроля заболеваний. Способность JCK-1398 привлекать и усиливать микробных союзников открывает новые возможности для разработки агентов биологического контроля, что может иметь значение для контроля PWD и других систем фитопатогенов.

Заболевание увядание сосны (PWD), вызываемое сосновой нематодой (Bursaphelenchus xylophilus), является разрушительным заболеванием, которое быстро колонизирует и заражает сосны, что приводит к сильному увяданию и в конечном итоге к гибели дерева1. Впервые выявленное как серьезная угроза в Японии в начале 20 века, с тех пор PWD распространилось на Азию, Европу и части Северной Америки, создавая критическую проблему для мирового лесного хозяйства2,3,4. Сосновая нематода считается одним из самых опасных вредителей в международных карантинных списках, что подчеркивает ее глобальное значение. С экологической точки зрения PWD нарушает лесные экосистемы, косвенно ускоряет обезлесение и ставит под угрозу биоразнообразие. С экономической точки зрения это заболевание создает существенное бремя, включая снижение урожайности древесины и высокие затраты, связанные с вырубкой деревьев, соблюдением карантина и химической обработкой, которые часто неэффективны в остановке ее распространения5. Растущая обеспокоенность состоянием окружающей среды по поводу химических методов борьбы подчеркивает насущную необходимость разработки устойчивых и эффективных стратегий управления, особенно учитывая далеко идущие последствия заболевания для здоровья лесов и экономики6.

Микробные сообщества играют ключевую роль в развитии и контроле PWD. Хотя основным возбудителем заболевания является сосновая нематода, накапливающиеся данные подчёркивают значительный вклад микробов, ассоциированных с нематодами, в его патогенность. Известно, что эти микробы влияют на тяжесть заболевания, продуцируя фитотоксины, повышая выживаемость нематод и способствуя колонизации хозяина. Их роль выходит за рамки вирулентности, поскольку они могут модулировать защитные реакции растений и способствовать адаптации нематод в среде обитания сосны7,8. Учитывая их многогранный вклад в динамику PWD, изучение состава и функциональных взаимодействий этих микробных сообществ имеет решающее значение для разработки стратегий устойчивого управления. Более подробная информация о конкретной роли микробов, ассоциированных с нематодами, и их экологических последствиях представлена в разделе «Обсуждение».

Ризосферный микробиом, динамическое сообщество микробов на границе корней и почвы, играет важную роль в формировании здоровья растений и влиянии на прогрессирование PWD9,10. Эти микробные сообщества способствуют защите растений, индуцируя системную устойчивость, стимулируя рост и подавляя патогены11. В частности, физиологические изменения, вызванные у сосен во время системной устойчивости, такие как те, которые вызваны агентами биологического контроля, также могут изменять профили корневых выделений12. Поскольку корневые выделения являются критическими детерминантами в рекрутировании и структурировании микробных сообществ ризосферы, эти изменения могут приводить к сдвигам в составе микробиома ризосферы12,13. Эти результаты подчеркивают сложные взаимодействия между физиологией хозяина, рекрутированием микробов и устойчивостью к болезням, подчеркивая критическую экологическую роль ризосферы в комплексе PWD.

Биологические агенты контроля, в частности, микробы, вызывающие резистентность, предлагают многообещающий и устойчивый подход к управлению PWD14,15. В отличие от химических обработок, которые могут приводить к нецелевым эффектам, остаточной токсичности и нарушению экологического баланса, агенты биологического контроля используют естественные процессы для подавления патогенов, сохраняя при этом биоразнообразие. Агенты биологического контроля не только активируют иммунные реакции растений, но и обладают потенциалом реструктурировать микробные сообщества в ризосфере, способствуя созданию условий, благоприятствующих подавлению болезней10. В данном исследовании дополнительно изучается их потенциальное влияние на микробиомы, ассоциированные с нематодами, что представляет собой новый аспект стратегий биологического контроля. Понимание и использование этих микробных взаимодействий может дать новое представление об экологически безопасных стратегиях смягчения PWD и повышения устойчивости деревьев-хозяев.

Предыдущие исследования продемонстрировали успешное применение различных микробных агентов биологического контроля для борьбы с лесными патогенами. Например, виды Trichoderma эффективно использовались против корневой гнили Armillaria, губительного заболевания, поражающего многие виды деревьев16. Кроме того, виды Bacillus spp. продемонстрировали многообещающую способность стимулировать рост растений и подавлять широкий спектр лесных вредителей17. Более того, такие бактерии, как Aneurinibacillus migulanus, продемонстрировали мощную биоконтролирующую активность, продуцируя антимикробные соединения, эффективно подавляющие различные виды Phytophthora — серьёзную угрозу лесным экосистемам18. Эти результаты подчёркивают растущий потенциал микробных агентов биологического контроля в лесном хозяйстве, предлагая устойчивые и экологически безопасные альтернативы традиционным химическим обработкам.

Основываясь на предыдущих результатах Маннаа и соавторов19, было продемонстрировано, что Bacillus subtilis JCK-1398 индуцирует системную резистентность у сосен, приводя к значительным физиологическим изменениям. К ним относятся увеличение продукции пинорезинола, активация генов, связанных с защитой, и стимуляция ключевых сигнальных путей, которые в совокупности усиливают защитные механизмы дерева. Эта индуцированная резистентность эффективно ограничивала колонизацию нематод, о чем свидетельствует снижение миграции нематод и уровня заражения. Хотя эти результаты подчеркивают потенциал JCK-1398 в снижении заражения нематодами, его экологическое воздействие на ризосферу и микробные сообщества, ассоциированные с нематодами, остается неизученным. Настоящее исследование восполняет этот пробел, изучая более широкие экологические механизмы, лежащие в основе эффективности биологического контроля B. subtilis JCK-1398. Данное исследование посвящено оценке влияния обработки JCK-1398 на (1) состав микробиома ризосферы, (2) изменения в микробных сообществах, ассоциированных с нематодами, в тканях боковых побегов сосны и (3) выявление микробных союзников, которые могут способствовать подавлению заболевания. Интегрируя физиологические, биохимические и экологические аспекты, данное исследование направлено на более глубокое понимание многогранной роли JCK-1398 в контроле PWD, что может иметь важное значение для разработки устойчивых стратегий биологического контроля.

Эффективность B. subtilis JCK-1398 в контроле PWD у сеянцев Pinus densiflora оценивали с помощью контролируемого анализа сеянцев. Обработка JCK-1398 привела к явному снижению симптомов заболевания, как показано на рис. 1. Сеянцы, инокулированные PWN, но не обработанные JCK-1398, демонстрировали типичные симптомы PWD, включая сильное побурение и увядание, что указывало на существенное прогрессирование заболевания. Напротив, сеянцы, обработанные JCK-1398, сохраняли здоровую листву, что предполагает эффективное подавление заболевания. Необработанные контрольные сеянцы не проявляли симптомов заболевания (рис. 1А). Количественная оценка дополнительно подтвердила эти наблюдения, при этом сеянцы, обработанные JCK-1398, демонстрировали значительно более низкую тяжесть заболевания (P < 0,001) по сравнению с контрольной группой, инокулированной нематодами (рис. 1Б). Это заметное снижение тяжести заболевания подчеркивает защитную роль JCK-1398, демонстрируя его потенциал в качестве агента биологического контроля против PWD.

Подавление тяжести заболевания увяданием сосны (PWD) у сеянцев Pinus densiflora после обработки Bacillus subtilis JCK-1398. (A) Типичные изображения сеянцев сосны, демонстрирующие тяжесть заболевания при различных обработках: необработанный контроль, сеянцы, инокулированные сосновой нематодой (Bursaphelenchus xylophilus), и инокулированные нематодой сеянцы, обработанные B. subtilis JCK-1398. Обработанные JCK-1398 сеянцы демонстрируют заметное подавление заболевания, сохраняя здоровье листвы, тогда как сеянцы, инокулированные нематодой без обработки, демонстрируют явные симптомы увядания и побурения. (B) Количественная оценка тяжести заболевания PWD. Столбчатая диаграмма отображает средние баллы тяжести заболевания для каждой группы обработки. Планки погрешностей представляют собой стандартное отклонение (n = 3). Звездочка (P < 0,05) обозначает статистически значимое снижение тяжести заболевания у сеянцев, обработанных JCK-1398, по сравнению с контрольной группой, инокулированной нематодой.

Метабаркодирование ризосферы P. densiflora дало более 1 243 355 прочтений, в среднем 103 613 прочтений на образец (таблица S1). Анализ разрежения подтвердил достаточную глубину секвенирования для оценки микробного разнообразия, достигнув плато около 4000 прочтений (рис. S1A). Альфа-разнообразие существенно не различалось между обработками (таблица S2). Однако анализ бета-разнообразия выявил нюансные изменения в структуре микробного сообщества под воздействием обработки, о чем свидетельствует PCoA, основанный на невзвешенных расстояниях UniFrac (рис. 2A).

Влияние Bacillus subtilis JCK-1398 на разнообразие и состав микробиоты ризосферы сеянцев сосны. (A) Анализ главных координат (PCoA) структуры микробиоты ризосферы, основанный как на невзвешенных, так и на взвешенных метриках расстояния UniFrac, иллюстрирующий бета-разнообразие между обработками. Группы обработки: C (контрольные сеянцы), B (сеянцы, обработанные B. subtilis JCK-1398), N (сеянцы, инокулированные Bursaphelenchus xylophilus) и BN (комбинированная обработка B. subtilis и нематодами). (B) Столбчатая диаграмма, показывающая роды бактерий со значительно различающейся относительной численностью (P < 0,05) между образцами, инокулированными нематодами, обработанными B. subtilis JCK-1398, что подчеркивает влияние B. subtilis JCK-1398 на состав микробного сообщества.

В целом, в бактериальном сообществе четырёх групп сосен доминировали Proteobacteria, Verrucomicrobia, Bacteroidetes, Acidobacteria и Actinobacteria с относительной численностью более 84%. Обработка JCK-1398 заметно повлияла на некоторые группы бактерий, такие как Rhizobiales, и семейства, включая Sinobacteraceae, численность которых была значительно (P < 0,05) выше у обработанных B. subtilis сеянцев сосны, инокулированных нематодами, по сравнению с необработанными сеянцами, инокулированными нематодами (рис. S1B).

На уровне родов тепловая карта, построенная для 100 самых распространенных родов на основе измерения манхэттенского расстояния и средней иерархической кластеризации связей, показанной на дополнительном рисунке 2, подтвердила, что не существует резких различий в распространенных родах микроорганизмов. Относительное обилие Asticcacaulis, Bordetella, Nocardioides, Mesorhizobium, Pseudoflavitalea, Solimonas, Methylosinus, Afifella, Methyloceanibacter, Solirubrobacter и Methyloligella было значительно (P < 0,05) выше в сеянцах сосны, обработанных B. subtilis JCK-1398 и инокулированных нематодами, по сравнению с необработанными сеянцами, инокулированными нематодами, тогда как относительное обилие Elstera, Racemicystis, Sphaerotilus, Oxalobacter, Amorphus, Aquaphilus, Terracidiphilus, Pelomonas и Nitratireductor было значительно (P < 0,05) ниже (рис. 2B). Эти результаты свидетельствуют о том, что, хотя общий состав микробного сообщества оставался относительно стабильным, обработка JCK-1398 вызвала значительные сдвиги в определенных микробных таксонах, что свидетельствует о потенциальном влиянии агента биологического контроля на динамику микробов ризосферы.

Метабаркодирование нематод, выделенных из обработанных JCK-1398 сеянцев P. densiflora, дало 1 242 068 прочтений, в среднем 155 259 прочтений на образец, с метриками качества, указанными в Таблице S3. Кривые разрежения предполагают достаточную глубину секвенирования для охвата основного микробного разнообразия (Рис. S3). Метрики альфа-разнообразия показали значительно большее микробное богатство у нематод из обработанных сеянцев, хотя разнообразие было снижено (Рис. 3A). Это говорит о том, что доминирование Pantoea в обработанной группе способствовало снижению разнообразия, но сопровождалось увеличением менее распространенных таксонов, что отражает сдвиг в структуре сообщества, а не полную гомогенизацию. Оценки бета-разнообразия выявили заметное различие в микробной структуре, при этом PCoA, основанный на расстояниях UniFrac, продемонстрировал отчетливую кластеризацию (Рис. 3B).

Влияние Bacillus subtilis JCK-1398 на разнообразие микробиоты, ассоциированной с нематодами сосны. (A) Показатели альфа-разнообразия (число ASV, индекс Chao1, индекс Джини-Симпсона и Шеннона) микробиоты, ассоциированной с нематодами, сравнивающие варианты обработки с B. subtilis JCK-1398 и без него. Планки погрешностей представляют собой стандартные отклонения (n = 4), а значимые различия между вариантами обработки (P < 0,05) обозначены разными буквами над планками. (B) Графики анализа главных координат (PCoA), показывающие бета-разнообразие микробиоты, ассоциированной с нематодами, на основе невзвешенных и взвешенных расстояний UniFrac, подчеркивающие различия в структуре микробного сообщества между вариантами обработки.

На уровне родов анализ тепловой карты также выявил чёткие различия в родах бактерий между группами (рис. 4А). Анализ состава микробного сообщества показал, что среди нематод в обработанных JCK-1398 сеянцах преобладал род Pantoea (97,44%). В отличие от этого, необработанные сеянцы демонстрировали более разнообразный микробный профиль, при этом относительное обилие Erwinia и Kosakonia в некоторых образцах было выше. Однако между повторными пробами наблюдалась значительная вариабельность, что указывает на гетерогенность микробного сообщества в необработанной группе (рис. 4Б).

Влияние Bacillus subtilis JCK-1398 на состав микробиоты, ассоциированной с нематодами. (A) Тепловая карта, показывающая относительное обилие 25 наиболее распространенных родов бактерий в микробиоте, ассоциированной с нематодами B. xylophilus. Для кластеризации использовалось манхэттенское расстояние, а стандартизация по Z-оценке указывала на относительное обилие каждого рода в образцах. (B) Столбчатая диаграмма, сравнивающая микробный состав на уровне рода у нематод, выделенных из необработанных и обработанных B. subtilis JCK-1398 сеянцев сосны, иллюстрирующая различия в структуре микробного сообщества после обработки.

Анализ дифференциальной численности бактерий был проведен для выявления родов бактерий, которые существенно различались между группами обработки. Результаты показали, что у нематод из проростков, обработанных JCK-1398, наблюдалось значительно более высокое относительное обилие Pantoea, Novosphingobium, Burkholderia и Caballeronia, в то время как у необработанных нематод наблюдалось значительно более высокое содержание Pseudomonas, Kosakonia и Erwinia (рис. 5). Эти результаты свидетельствуют о существенных изменениях в микробиоме нематод после обработки JCK-1398, несмотря на наблюдаемую внутривыборочную вариабельность в группе без обработки.

Столбчатые диаграммы, демонстрирующие дифференциальный анализ численности родов бактерий, ассоциированных с нематодами, в группах B. subtilis, обработанных и необработанных JCK-1398. Столбцы представляют среднюю относительную численность (± стандартная ошибка) родов бактерий, которые достоверно различались (P < 0,05) между группами, подвергавшимися обработке. Красные столбцы соответствуют необработанным образцам, синие столбцы – образцам, обработанным JCK-1398. *(P < 0,05) и ***(P < 0,001).

Поскольку после обработки B. subtilis JCK-1398 наблюдался значительный сдвиг в микробиоме нематод, выделенных из тканей сосны, мы предположили, что микробы, ассоциированные с нематодами, могут способствовать наблюдаемому снижению миграции нематод и, следовательно, смягчению симптомов PWD. Для исследования этого вопроса мы выделили бактерии из нематод, выделенных из обработанных и необработанных сеянцев, получив 10 и 6 уникальных изолятов соответственно. Филогенетический анализ максимального правдоподобия на основе гена 16S рРНК, включающий последовательности типовых штаммов, демонстрирующие сходство по BLAST с нашими изолятами, выявил один штамм, BC11, как близкородственный Pantoea dispersa (рис. 6А). Последующий филогенетический анализ, включавший BC11 и другие близкородственные виды рода Pantoea, позволил однозначно определить BC11 в пределах клады Pantoea dispersa, подтвердив его идентификацию как Pantoea dispersa BC11 (рис. 6B). Последовательность 16S рРНК P. dispersa BC11 была депонирована в GenBank под регистрационным номером OR910539.

Идентификация и нематоцидная активность Pantoea dispersa, выделенной из сосновой нематоды, выделенной из сеянцев сосны, обработанных Bacillus subtilis JCK-1398. (A) Филогенетический анализ, основанный на данных о последовательности 16S рРНК микробов, выделенных из нематод в сеянцах, обработанных JCK-1398 (BC) и необработанных сеянцах (N), в сравнении с последовательностями типов штаммов. (B) Филогенетическое размещение выделенного микробного штамма BC11 на основе его последовательности 16S рРНК, показывающее его принадлежность к отдельному кластеру, тесно связанному с Pantoea dispersa. Значения бутстрепа (на основе 1000 репликатов) показаны в узлах. Номера доступа GenBank для каждой последовательности указаны в скобках, а референтные последовательности получены из типовых штаммов. (C) Оценка нематоцидной активности выбранного биоагента B. subtilis JCK-1398, нематоды, выделенной из штамма P. dispersa BC11, с использованием линейных и точечных графиков для представления показателей смертности нематод после обработки различными концентрациями фильтратов бесклеточной культуры P. dispersa BC11 по сравнению с контрольной обработкой стерилизованным бульоном. Смертность регистрировали через два дня после обработки. Звездочка (*) над линией погрешности указывает на значимое различие (P < 0,05).

После выделения и таксономической идентификации штамма BC11 как P. dispersa мы оценили его нематоцидную активность. Фильтраты бесклеточной культуры продемонстрировали значительную биологическую активность против PWN, причём заметный эффект наблюдался при концентрации 5%. Эта биологическая активность значительно возрастала при концентрации 10% и достигала 100% гибели нематод при концентрации 20% (рис. 6C).

Опираясь на фундаментальные выводы нашего предыдущего исследования19, в котором было установлено, что B. subtilis JCK-1398 является мощным индуктором системной резистентности у сосен, текущее исследование значительно расширяет наше понимание экологических механизмов, лежащих в основе эффективности биологического контроля JCK-1398. Ранее проведенная работа продемонстрировала, что обработка JCK-1398 вызывала критические физиологические изменения в тканях сосны, включая повышенную выработку пинорезинола, повышение экспрессии генов, связанных с защитой, и активацию таких путей, как сигнальный путь MAPK, что в совокупности усиливало защитные механизмы сосны. Эта индуцированная резистентность эффективно ограничивала колонизацию нематод, о чем свидетельствовало снижение миграции нематод и заражения. Признавая, что прогрессирование или подавление заболевания определяется не только резистентностью хозяина, но и окружающими микробными сообществами, данное исследование расширяет наше исследование, включая ризосферу и ассоциированные с нематодами микробиомы как критические экологические факторы, влияющие на динамику PWD.

Микробные сообщества в экосистеме корней растений играют ключевую роль в подавлении заболеваний, обеспечении доступности питательных веществ и стимуляции роста. Структура микробиома ризосферы во многом определяется корневыми выделениями, которые модулируют физико-химические свойства почвы и определяют функциональное микробное сообщество12. Вполне вероятно, что индуцированная резистентность, вызванная обработкой JCK-1398, может привести к изменениям в составе микробиоты ризосферы посредством изменений в составе корневых выделений11. При дальнейшем изучении влияния обработки B. subtilis JCK-1398 на сеянцы сосны мы изучили микробиом ризосферы. Хотя существенных изменений в микробном составе не наблюдалось, мы отметили значительное увеличение численности некоторых микроорганизмов в сеянцах, обработанных JCK-1398.

Предыдущие исследования Маннаа и соавторов20 и Хана и соавторов10 показали, что сеянцы сосны, обработанные химическими или биотическими элиситорами для индуцирования устойчивости, могут иметь измененную микробиоту ризосферы. В данном исследовании были обнаружены значительные различия в относительной численности некоторых микробных групп между сеянцами, обработанными B. subtilis JCK-1398, и необработанными контрольными растениями, что может свидетельствовать об улучшении состояния здоровья сосен. Rhizobiales, включая такие семейства, как Beijerinckiaceae и Rhodobiaceae, а также Propionibacteriales из отдела Actinobacteria, включая Nocardioidaceae и Solirubrobacteraceae, были заметно более многочисленны в обработанных сеянцах. Известно, что эти таксоны играют полезную роль в микробиоте, связанной с корнями, и способствуют росту корней, в основном за счет азотфиксации21. Члены Actinobacteria, способные производить широкий спектр биоактивных натуральных продуктов, проявляют активность, стимулирующую рост растений, и антибактериальные свойства против патогенов22. Семейство Sinobacteraceae также было обнаружено в более высокой относительной численности в обработанных сеянцах, и известно, что эти микробы способствуют окислению аммиака, потенциально усиливая рост растений и действуя в качестве антагонистов фитопатогенов, таких как Xanthomonadaceae23,24. Наблюдаемое увеличение полезных родов бактерий, таких как Nocardioides, Mesorhizobium, Methylosinus и Solirubrobacter, в сеянцах, обработанных B. subtilis JCK-1398, дополнительно подтверждает гипотезу об улучшении здоровья сосны, опосредованном микробами. Эти роды, особенно из Actinobacteria, известны своей продукцией веществ, стимулирующих рост растений, и ферментов, которые разлагают углеводороды25,26,27. Недавние исследования подчеркнули роль Nocardioides spp. в снятии стресса и стимуляции роста растений посредством выработки сидерофоров и фитогормонов28. Роды Mesorhizobium и Methylosinus, относящиеся к Rhizobiales, известны своими способностями стимулировать рост растений и фиксировать азот, а также другими свойствами, такими как выработка ИУК и растворение питательных веществ29,30.

Эти результаты согласуются с результатами предыдущих исследований, связывающих обработку ацибензолар-s-метилом, вызывающим резистентность, с увеличением относительной численности определенных родов микроорганизмов, способных стимулировать рост растений, включая Nocardioides и Mesorhizobium20. Наши результаты указывают на потенциал обработки B. subtilis JCK-1398 не только вызывать резистентность к PWD, но и, возможно, влиять на привлечение полезных ризосферных микроорганизмов, которые могут способствовать усилению защиты от PWN. Штамм JCK-1398 не продемонстрировал прямого нематицидного действия против PWN, что указывает на то, что его защитная роль, вероятно, обусловлена индуцированной резистентностью растения-хозяина и изменениями в составе микробного сообщества, включая ассоциированные с нематодами микроорганизмы, а не прямым нематицидным действием19.

Сложное взаимодействие между патогенностью PWD и микробиотой, связанной с PWN, получает всё большее признание в современной литературе. Хорошо известно, что бактерии, ассоциированные с PWN, способствуют вирулентности заболевания, а некоторые из них способны продуцировать фитотоксины3. Некоторые бактерии, ассоциированные с нематодами, такие как Burkholderia arboris и Pseudomonas fluorescens, продуцируют фитотоксины, включая пиохелин и фенилуксусную кислоту, которые усугубляют тяжесть заболевания, повреждая ткани сосны31,32,33. Более того, аксеничные нематоды, или не имеющие своих микробных партнёров, не вызывают типичных симптомов заболевания при инокуляции сосны, что позволяет предположить, что эти микробы являются важными участниками процесса развития заболевания31,34. Помимо их прямого участия в патогенности заболевания, считается, что эти ассоциированные микробы способствуют выживанию нематод во враждебной среде сосны, нейтрализуя токсичные соединения, такие как α-пинен, распространенный компонент сосновой смолы35. Считается, что специфические ассоциированные с нематодами бактерии, известные своей устойчивостью к окислительному стрессу, усиливают устойчивость нематод к защитным механизмам сосны36. Ранние признаки изменения тканей сосны и физиологического стресса предшествуют размножению PWN, что указывает на сложный патогенный процесс, охватывающий как нематод, так и их бактериальных симбионтов37. Это подчеркивает сложную и многофакторную природу PWD, сформированную взаимодействием между нематодой и ассоциированным с ней микробным сообществом.

Наш подход, использующий метабаркодирование для исследования микробных сообществ нематод, выделенных из тканей сосны, выявил разительный контраст в микробных консорциумах нематод из обработанных JCK-1398 сеянцев по сравнению с необработанными растениями. Доминирование Pantoea у нематод, выделенных из обработанных образцов, по сравнению с микробным разнообразием, наблюдаемым в необработанных, указывает на то, что JCK-1398 может способствовать формированию микробиома, антагонистичного PWN. Это подтверждается предыдущими результатами, в которых наблюдалось полное подавление размножения PWN и уменьшение размера взрослых нематод38, что позволяет предположить, что биоконтролирующий эффект JCK-1398 может быть опосредован микробными взаимодействиями, непосредственно влияющими на нематод.

Мощная нематоцидная активность штамма P. dispersa BC11, выделенного из нематод, ассоциированных с проростками B. subtilis, обработанными JCK-1398, выявила убедительный механизм биологического контроля. В частности, обработка JCK-1398, по-видимому, вызывает благоприятные изменения в микробиоме, ассоциированном с нематодами, что приводит к снижению вирулентности и подавлению симптомов PWD. Эти результаты иллюстрируют концепцию холобионта, описывающую единую единицу отбора, образованную организмом-хозяином и связанными с ним микробными сообществами39,40.

В этом сценарии сосна-хозяин после обработки JCK-1398, по-видимому, использует микробного союзника P. dispersa в составе микробиома нематод. Это стратегическое изменение микробиоты, ассоциированной с нематодами, подчеркивает динамическое взаимодействие внутри холобионта, где механизмы индуцированной резистентности у хозяина выходят за рамки физиологических реакций и активно перестраивают ассоциированный с ним микробный ландшафт. Таким образом, обработка JCK-1398 не только усиливает непосредственную защиту сосны, но и мобилизует ее микробиом как неотъемлемый компонент ее стратегии резистентности, укрепляя холобионта как единую систему в борьбе с PWD. Таким образом, эффективность биологического контроля B. subtilis JCK-1398, по-видимому, представляет собой симфонию взаимодействий — от индуцированной системной резистентности у сеянцев сосны-хозяина до привлечения полезных ризосферных микробов и модуляции микробиоты, ассоциированной с нематодами (рис. 7). Однако, учитывая ограниченный размер выборки в текущем исследовании, необходимы дальнейшие исследования для подтверждения этих результатов в более широком масштабе и в различных условиях окружающей среды. Дальнейшие исследования должны быть сосредоточены на проведении крупномасштабных полевых испытаний для подтверждения постоянства наблюдаемых изменений в составе микроорганизмов и оценки долгосрочной устойчивости обработки. Кроме того, изучение молекулярных механизмов, лежащих в основе привлечения микроорганизмов и их взаимодействия с растением-хозяином, позволит глубже понять комплексное воздействие JCK-1398 на лечение PWD.

Схематическое изображение микробиом-опосредованной стратегии защиты Bacillus subtilis JCK-1398 в смягчении последствий увядания сосны. Эта диаграмма иллюстрирует различия в результатах воздействия необработанной и обработанной B. subtilis JCK-1398 сосны на прогрессирование заболевания и динамику микробиома. Слева: необработанные сеянцы сосны демонстрируют повышенную уязвимость к заражению Bursaphelenchus xylophilus (древесной нематодой), которое ускоряет симптомы увядания сосны. В микробиоме, связанном с нематодами, доминируют патогенные бактерии родов Erwinia и Kosakonia, с одновременным снижением количества полезных бактерий рода Pantoea. В микробиоме ризосферы наблюдается снижение количества полезных бактерий, в том числе представителей рода Rhizobiales. Справа: сеянцы сосны, обработанные B. subtilis JCK-1398, демонстрируют повышенную устойчивость, а также сдвиг в микробиоме, ассоциированном с нематодами, в сторону доминирования нематоцидных Pantoea. Кроме того, в микробиоме ризосферы увеличивается количество полезных микроорганизмов, что способствует общему здоровью и укреплению защитной системы растения. Эта схема демонстрирует широкий спектр защитных эффектов B. subtilis JCK-1398, что свидетельствует о многогранной стратегии защиты, которая повышает устойчивость сосны к увяданию хвои за счет изменения как микробных сообществ, ассоциированных с нематодами, так и ризосферных.

В заключение следует отметить, что данное исследование основано на ранее установленной способности B. subtilis JCK-1398 индуцировать системную резистентность, расширяя наше понимание его многогранной роли в борьбе с PWD. Выяснив его влияние как на ризосферу, так и на микробиомы, ассоциированные с нематодами, мы выявили, как JCK-1398 способствует формированию динамической защитной стратегии, которая интегрирует механизмы физиологической резистентности сосны и экологическую перестройку микробных сообществ. Распространение полезных микробов, таких как P. dispersa — нематоцидный агент в микробиоме нематод, — подчеркивает сложное взаимодействие между хозяевами и ассоциированной микробиотой в подавлении заболевания. Наконец, эмпирические данные о B. subtilis JCK-1398 как экологически устойчивого агента биологического контроля предоставляют шаблон для использования взаимодействий хозяина и микробиома в стратегиях борьбы с заболеваниями.

Bacillus subtilis JCK-1398 ранее был выделен и идентифицирован как мощный индуктор системной резистентности у сосен19. Штамм культивировали в течение ночи при 28 °C в бульоне Луриа-Бертани (LB), начиная с одной колонии, выращенной на чашках Петри с агаром LB при 28 °C в течение 2 дней. Бактериальные культуры для обработки сеянцев готовили в 1 мМ растворе MgSO4, концентрацию доводили до OD600 = 0,8.

Высоковирулентный штамм B. xylophilus, выделенный из зараженной сосны денсифлора (Pinus densiflora), был предоставлен Национальным институтом лесных исследований (Сеул, Южная Корея). Нематоды содержались при температуре 25 °C и питались Botrytis cinerea, выращенными на картофельно-декстрозном агаре.

Эффект B. subtilis JCK-1398 на PWD оценивали с помощью анализов сеянцев в соответствии с опубликованным протоколом20. Трехлетние сеянцы P. densiflora, полученные с фермы Daelim Sapling Farm (Окчхон, Южная Корея), выращенные в теплице, опрыскивали 5 мл бактериальной суспензии при OD600 = 0,8 дважды с интервалом в одну неделю. Для приготовления инокулята нематод B. xylophilus извлекали из культур B. cinerea с помощью воронки Бермана после одной недели роста при 25 °C. Концентрацию доводили до 20 000 нематод/мл, используя стерильную дистиллированную воду (SDW). Через неделю после последней бактериальной обработки на каждый сеянец вносили 100 мкл нематодной суспензии (2000 нематод). Для инокуляции в небольшой надрез на стебле сеянца, сделанный стерилизованным ножом, вставляли гигроскопическую вату, пропитанную суспензией нематод. Затем место инокуляции заклеивали пленкой Parafilm M (Heathrow Scientific, Вернон-Хиллз, Иллинойс, США). На каждую обработку использовали по три сеянца, а контрольную группу обрабатывали стерилизованным 1 мМ раствором MgSO4 для бактериальной обработки и SDW для инокуляции нематодами. Тяжесть заболевания оценивали через 30 дней после инокуляции с использованием визуальной шкалы от 0 до 5 на основе степени побурения хвои и симптомов увядания. Оценка 0 соответствовала отсутствию симптомов, в то время как оценка 1 соответствовала побурению хвои на 1–19%. Оценка 2 указывала на побурение на 20–39%, а оценка 3 обозначала побурение на 40–59%. Рассаде с побурением хвои на 60–79% и искривлением кончиков побегов была присвоена оценка 4, тогда как оценка 5 была присвоена саженцам с побурением хвои на 80–100% и полным увяданием.

Для оценки влияния обработки листьев B. subtilis JCK-1398 на микробиом ризосферы были проведены анализы сеянцев, как описано выше. Для каждой обработки использовали три сеянца, а контрольную группу обрабатывали стерилизованным 1 мМ MgSO4 для бактериальной обработки и SDW для инокуляции нематодами. Сбор образцов включал взятие составных образцов ризосферы с разных сторон и глубины корневой зоны и близко прилегающих почв. Образец массой 10 г растворяли в SDW, тщательно встряхивали и центрифугировали при 10 000 × g в течение 15 мин. Примерно 250 мг собранного осадка использовали для выделения метагеномной ДНК с использованием набора для выделения ДНК PowerSoil® (MO BIO Laboratories, Карлсбад, Калифорния, США) в соответствии с протоколом производителя. Выделенную ДНК оценивали на концентрацию и чистоту с помощью спектрофотометра NanoDrop2000 и дополнительно проверяли электрофорезом в агарозном геле. Квалифицированные образцы хранились в буфере Трис-ЭДТА при температуре −20 °C до дальнейшего использования.

Метагеномный анализ микробиома ризосферы сосны был направлен на секвенирование областей V3 и V4 гена 16S рРНК. ПЦР-амплификация и подготовка библиотеки проводились с использованием ДНК-полимеразы с гибридным ферментом Herculase II Nextera XT Index Kit V2 (Illumina, США) на платформе Illumina® MiSeq® в компании Macrogen (Сеул, Южная Корея).

Необработанные парные концы последовательностей, полученные с платформы MiSeq, были объединены с помощью программы FLASH41. Адаптеры были удалены, а прочтения с оценкой качества Phred ниже 20 были обрезаны для обеспечения высокой точности секвенирования. Последовательности короче 200 п.н. после фильтрации по качеству были отброшены для устранения низкокачественных прочтений и артефактов. Обработанные последовательности были проанализированы с помощью пакета DADA242, который выявил варианты последовательности ампликона (ASV) с помощью высокоточной коррекции ошибок. Последовательности были кластеризованы в ASV с порогом сходства 97% с помощью алгоритма UCLUST43. Таксономическое определение бактерий проводилось с использованием базы данных Greengenes (версия 13_8)44.

Анализ проводился с помощью платформы Quantitative Insights Into Microbial Ecology версии 2 (QIIME2)45,46, позволяющей рассчитывать статистику альфа- и бета-разнообразия, а также таксономическую классификацию обнаруженных ASV. Все данные секвенирования были депонированы в архиве последовательностей считывания данных Национального центра биотехнологической информации под идентификатором BioProject PRJNA641722.

Для изучения влияния B. subtilis JCK-1398 на микробное сообщество, ассоциированное с нематодами, из проростков P. densiflora был проведён анализ проростков, как описано ранее. Были оценены две группы: проростки, инокулированные нематодами, обработанные B. subtilis JCK-1398, и контрольные проростки, инокулированные нематодами. Каждая обработка, включая обработку JCK-1398 и контрольную, проводилась в четырёх биологических повторах. Нематоды извлекались из проростков с помощью недавно разработанного метода асептической изоляции, специально разработанного для микробиологических исследований47.

Нематоды, выделенные из тканей сосны, подвергались механическому разрушению и ресуспендировались в 1 мМ растворе MgSO4. Для анализа 16S метабаркодирования микробов, ассоциированных с нематодами, гранулы нематод промывали, собирали и подвергали экстракции ДНК с помощью набора для выделения ДНК PowerSoil®. Качество ДНК оценивали с помощью спектрофотометра NanoDrop2000 и электрофореза в агарозном геле. Полученную ДНК хранили при температуре −20 °C в буфере Трис-ЭДТА. Секвенирование и анализ гена 16S рРНК метабаркодирования проводили, как описано выше для микробиома ризосферы. Данные о последовательностях были размещены в архиве NCBI Sequence Read Archive под идентификатором BioProject ID PRJNA1032240.

Из изолированных нематод, подвергшихся механическому разрушению, аликвота 200 мкл разбавленной суспензии нематод высеивалась на агар LB для выделения отдельных колоний с последующей инкубацией при 28 °C в течение 24–48 ч. Для дальнейшего анализа бактериальная геномная ДНК экстрагировалась из ночных культур бульона LB с помощью набора Wizard Genomic DNA Purification Kit (Promega) в соответствии с инструкциями производителя. Участок гена 16S рРНК амплифицировали с использованием универсальных праймеров: (fD1) 5ʹ-AGAGTTTGATCCTGGCTCAG-3ʹ и (rP2) 5ʹ-ACGGCTACCTTGTTACGACTT-3ʹ48. Амплифицированные последовательности выравнивались с родственными видами с помощью алгоритма BLAST. Филогенетический анализ и построение дерева проводились с использованием метода максимального правдоподобия в программном обеспечении MEGA 11 с бутстреп-анализом (1000 репликаций) для проверки49,50.

По результатам метабаркодирования, выявившего преобладание определенных микробов, ассоциированных с нематодами, в обработанных сеянцах сосны B. subtilis JCK-1398, был идентифицирован и отобран для дальнейшего изучения штамм BC11. Этот штамм, принадлежащий к роду Pantoea и идентифицированный как Pantoea dispersa, оказался доминирующим в обработанных сеянцах. Выделенные P. dispersa BC11 и биоагент B. subtilis JCK-1398 культивировали в бульоне LB для получения чистых культур. Культуры центрифугировали при 10 000 g в течение 10 минут для удаления бактериальных клеток, после чего супернатант фильтровали через мембранный фильтр с размером пор 0,22 мкм для обеспечения стерильности. Для подтверждения отсутствия жизнеспособных бактериальных клеток 200 мкл отфильтрованного супернатанта высевали на агар LB и инкубировали при температуре 28 °C в течение 24 часов. Затем готовили стерильные бесклеточные культуральные фильтраты в концентрациях 0,3%, 0,6%, 1,2%, 2,5%, 5%, 10% и 20% для оценки нематоцидной активности.

Культивирование PWN и B. xylophilus проводили на культурах B. cinerea на PDA. Приготовленные фильтраты исследуемых бактерий добавляли к нематодам, а контрольным раствором для серий разведений служил стерилизованный бульон LB. Смертность нематод регистрировали через 48 часов после обработки. Эту оценку повторяли в каждом эксперименте в трёх повторностях.

Данные анализа проростков анализировались с использованием критерия суммы рангов Уилкоксона для сравнения тяжести заболевания между группами лечения, поскольку данные измерялись по порядковой шкале. Для анализа нематицидной активности использовался тест Шапиро-Уилка для оценки нормальности данных, а затем независимый двухвыборочный t-критерий для нормально распределенных наборов данных. Уровень значимости для всех тестов был установлен на уровне P < 0,05. Данные метабаркодирования обрабатывались с помощью QIIME2 и анализировались с помощью программного обеспечения R (версия 3.1.3). Многомерный статистический анализ проводился с использованием программного обеспечения PAST (версия 3.23)51. Бета-разнообразие оценивалось и визуализировалось с помощью PCoA с использованием взвешенных и невзвешенных расстояний UniFrac. Тепловые карты относительного обилия бактериальных родов были созданы с использованием манхэттенского расстояния и иерархической кластеризации по средней связи. Анализ дифференциальной численности микробиомов, ассоциированных с нематодами, проводился с использованием U-критерия Манна–Уитни для сравнения родов бактерий в группах лечения с поправкой на частоту ложных результатов (FDR) для учета множественных сравнений. Роды с P < 0,05 с поправкой на FDR считались значимыми.

Все необработанные последовательности, полученные в ходе этого эксперимента, были отправлены в Архив прочтений последовательностей NCBI и могут быть найдены под идентификатором BioProject PRJNA641722 (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/bioproject/PRJNA641722/) и идентификатором BioProject PRJNA1032240 (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/bioproject/?term=PRJNA1032240).

Tóth, Á. Bursaphelenchus xylophilus, сосновая нематода: её значение и исторический обзор. Acta Biol. Szeged. 55, 213–217 (2011).

МАТЕМАТИКА Google Академия

Висенте, К., Эспада, М., Виейра, П. и Мота, М. Увядание сосны: угроза европейскому лесному хозяйству. Eur. J. Plant. Pathol. 133, 89–99 (2012).

Статья CAS Google Scholar

Мамия, Й. История болезни увядания сосны в Японии. J. Nematol. 20, 219 (1988).

CAS PubMed PubMed Central MATH Google Scholar

Бэк, М.А., Бонифасио, Л., Инасио, М.Л., Мота, М. и Боа, Э. Болезнь соснового увядания: глобальная угроза лесному хозяйству. Растение. Патол. 73, 1026–1041 (2024).

Статья Google Scholar

Футай, К. Сосновая стволовая нематода, Bursaphelenchus Xylophilus. Annu. Rev. Phytopathol. 51, 61–83 (2013).

Статья CAS PubMed Google Scholar

Джонс, Дж. Т. и др. Десять основных фитопаразитических нематод в молекулярной фитопатологии. Mol. Plant. Pathol. 14, 946–961 (2013).

Статья PubMed PubMed Central MATH Google Scholar

Сюэ, Ц., Сян, И., У, Х.К. и Ли, М.Дж. Бактериальные сообщества и вирулентность, связанные с нематодой Bursaphelenchus Xylophilus, поражающей сосновую древесину, из разных видов Pinus spp. Int. J. Mol. Sci. 20, 3342 (2019).

Статья CAS PubMed PubMed Central MATH Google Scholar

Проэнса, Д.Н., Грасс, Г. и Мораис, П.В. Понимание болезни увядания сосны: роль эндофитных бактерий сосны и бактерий, переносимых болезнетворной сосновой нематодой. Микробиол. Открыто. 6, e00415 (2017).

Статья Google Scholar

Ван, Х., Юй, Ф., Ма, Р., Чжан, Л. и Лю, Х. Влияние увядания сосны на микробиоту ризосферы и корневые грибы. Forests 14, 1884 (2023).

Статья МАТЕМАТИКА Google Scholar

Хан, Г. и др. Реакция микробиоты ризосферы сосны на обработку листьев бактериями, вызывающими устойчивость к увяданию сосны. Микроорганизмы 9, 688 (2021).

Статья CAS PubMed PubMed Central MATH Google Scholar

Пак, И., Со, Ю.С. и Маннаа, М. Набор ризомикробной армии: детерминанты сборки и инженерия ризосферного микробиома как ключ к раскрытию потенциала растений. Фронт. Микробиол. 14, 1163832 (2023).

Статья PubMed PubMed Central Google Scholar

Шарма, И., Кашьяп, С. и Агарвала, Н. Изменения корневой экссудации, вызванные биотическим стрессом, повышают устойчивость растений к стрессу за счёт изменения ризосферного микробного сообщества. Front. Plant. Sci. 14, 1132824 (2023).

Статья PubMed PubMed Central Google Scholar

Дорнбос, Р.Ф., ван Лун, Л.К. и Баккер, П.А. Влияние корневых выделений и защитных сигналов растений на бактериальные сообщества в ризосфере: обзор. Agron. Sustain. Dev. 32, 227–243 (2012).

Статья Google Scholar

Ким, Н. и др. Формирование устойчивости к увяданию сосны, вызываемому Bursaphelenchus Xylophilus, с использованием отобранных эндофитных бактерий сосны. Plant. Pathol. 68, 434–444 (2019).

Статья CAS MATH Google Scholar

Парк, А.Р. и др. Дикетопиперазин, цикло-(L-Pro-L-Ile), полученный из Bacillus Thuringiensis JCK-1233, борется с увяданием хвойных деревьев, вызывая умеренную реакцию гиперчувствительности. Front. Plant. Sci. 11, 1023 (2020).

Статья PubMed PubMed Central Google Scholar

Чен, Л. и др. К биологическому контролю разрушительных лесных патогенов рода Armillaria. Леса 10, 1013 (2019).

Статья МАТЕМАТИКА Google Scholar

Терхонен, Э., Ковальчук, А., Зарсав, А. и Асигбу, Ф.О. Потенциал биоконтроля эндофитов лесных деревьев. В кн.: Эндофиты лесных деревьев. Лесное хозяйство 86, 297–318 (ред. Пирттиля, А. и Франк, А.) Springer, Cham (2018).

Новаковска, Дж. А., Белбахри, Л. и Ошако, Т. Биологический контроль в защите лесов. Леса 14, 446 (2023).

Статья МАТЕМАТИКА Google Scholar

Маннаа, М. и др. Экологичный биоконтроль увядания сосны: усиление защиты деревьев с помощью Bacillus subtilis JCK-1398 для устойчивого лесоуправления. Sci. Total Environ. 955, 177233 (2024).

Статья CAS PubMed MATH Google Scholar

Маннаа, М. и др. Влияние химических элиситоров, индуцирующих резистентность к увяданию сосны, на микробиом ризосферы. Микроорганизмы 8, 884 (2020).

Статья CAS PubMed PubMed Central MATH Google Scholar

Гарридо-Отер, Р. и др. Модульные признаки корневой микробиоты Rhizobiales и их эволюционная связь с симбиотическими ризобиями. Клетка. Микроб-хозяин. 24, 155–167 (2018).

Статья CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Цинь, С., Син, К., Цзян, Дж. Х., Сюй, Л. Х. и Ли, В. Дж. Биоразнообразие, биоактивные натуральные продукты и биотехнологический потенциал эндофитных актинобактерий, ассоциированных с растениями. Appl. Microbiol. Biotechnol. 89, 457–473 (2011).

Статья CAS PubMed MATH Google Scholar

Хо, А., Ди Лонардо, Д.П. и Боделье, П.Л. Пересмотр концепций жизненной стратегии в экологической микробной экологии. FEMS Microbiol. Ecol. 93, fix006 (2017).

Статья Google Scholar

Лю, И. и Людевиг, У. Изменения в бактериальном сообществе, зависящие от азота, в корнях, корневищах и ризосфере питательно эффективного Miscanthus × giganteus по результатам длительных полевых испытаний. GCB Bioenergy. 11, 1334–1347 (2019).

Статья CAS MATH Google Scholar

Праузер, Х. Nocardioides, новый род порядка актиномицетов. Int. J. Syst. Evol. Microbiol. 26, 58–65 (1976).

Google Академия

Икунага, Й. и др. Штамм Nocardioides Sp. WSN05-2, выделенный с пшеничного поля, расщепляет дезоксиниваленол, образуя новый промежуточный продукт 3-эпидезоксиниваленол. Appl. Microbiol. Biotechnol. 89, 419–427 (2011).

Статья CAS PubMed Google Scholar

Франке-Уиттл, И. Х., Маничи, Л. М., Инсам, Х. и Стрес, Б. Ризосферные бактерии и грибы, связанные с ростом растений в почвах трёх пересаженных яблоневых садов. Растение. Почва. 395, 317–333 (2015).

Статья CAS Google Scholar

Мина, К.К. и др. Смягчение стресса, вызванного засолением, у проростков пшеницы за счёт применения богатого фитогормонами экстракта культурального фильтрата метилотрофной актинобактерии Nocardioides Sp. NIMMe6. Фронт. Микробиол. 11, 412 (2020).

Статья Google Scholar

Ларанджо, М., Александр, А. и Оливейра, С. Ризобии, стимулирующие рост бобовых: обзор рода Mesorhizobium. Microbiol. Res. 169, 2–17 (2014).

Статья PubMed Google Scholar

Менендес, Э. и др. Способность филогенетически различных штаммов Mesorhizobium стимулировать рост растений: влияние на колонизацию корней и развитие рассады томатов. Микроорганизмы 8, 412 (2020).

Статья PubMed PubMed Central Google Scholar

Кавазу, К., Чжан, Х., Ямашита, Х. и Канзаки, Х. Взаимосвязь между патогенностью сосновой стволовой нематоды Bursaphelenchus xylophilus и продукцией фенилуксусной кислоты. Biosci. Biotechnol. Biochem. 60, 1413–1415 (1996).

Статья CAS PubMed MATH Google Scholar

Ле Данг, К. и др. Пиохелин, выделенный из Burkholderia arboris KRICT1, переносимый сосновыми нематодами, проявляет фитотоксичность в каллусе сосны. Nematology 13, 521–528 (2011).

Статья ADS Google Scholar

Го, Цюй, Го, Д., Чжао, Б., Сюй, Дж. и Ли, Р. Два циклических дипептида из Pseudomonas fluorescens GcM5-1A, переносимых сосновой нематодой, и их токсичность для суспензионных клеток и сеянцев японской черной сосны in vitro. J. Nematol. 39, 243–247 (2007).

CAS PubMed PubMed Central MATH Google Scholar

Хан, З. М., Хонг, Й. Д. и Чжао, Б. Г. Исследование патогенности бактерий, переносимых нематодами сосны. J. Phytopathol. 151, 683–689 (2003).

Статья МАТЕМАТИКА Google Scholar

Cheng, XY и др. Метагеномный анализ микробиома сосновой нематоды выявляет симбиотические отношения, критически важные для деградации ксенобиотиков. Sci. Rep. 3, 1869 (2013).

Статья PubMed PubMed Central MATH Google Scholar

Висенте, К. С., Икуё, Й., Мота, М. и Хасегава, К. Бактерии, ассоциированные с нематодами сосновой древесины, способствуют устойчивости Bursaphelenchus Xylophilus к окислительному стрессу. BMC Microbiol. 13, 1–8 (2013).

Статья Google Scholar

Оку, Х., Шираиши, Т., Оучи, С., Куродзуми, С. и Ота, Х. Токсин увядания сосны, метаболит бактерии, связанной с нематодой. Naturwissenschaften 67, 198–199 (1980).

Статья ADS CAS Google Scholar

Чжао, Б., Лю, И. и Линь, Ф. Взаимное влияние на рост и размножение сосновой нематоды Bursaphelenchus Xylophilus и переносимых ею бактерий. Front. Forestry China. 1, 324–327 (2006).

Статья ADS MATH Google Scholar

Борденштейн, С.Р. и Тайс, К.Р. Биология хозяина в свете микробиома: десять принципов холобионтов и хологеномов. PLoS Biol. 13, e1002226 (2015).

Статья PubMed PubMed Central Google Scholar

Маннаа, М. и Сео, Ю.С. Растения под атакой союзников: движение к парадигме патобиома растений. Растения 10, 125 (2021).

Статья CAS PubMed PubMed Central MATH Google Scholar

Магоч, Т. и Зальцберг, С.Л. FLASH: Быстрая корректировка длины коротких прочтений для улучшения сборки генома. Биоинформатика 27, 2957–2963 (2011).

Статья PubMed PubMed Central MATH Google Scholar

Каллахан, Б.Дж. и др. DADA2: Высокоточный анализ выборок на основе данных ампликонов Illumina. Nat. Methods. 13, 581–583 (2016).

Статья CAS PubMed PubMed Central MATH Google Scholar

Эдгар, Р. К. Поиск и кластеризация на порядок быстрее, чем BLAST. Биоинформатика 26, 2460–2461 (2010).

Статья CAS PubMed MATH Google Scholar

Макдональд, Д. и др. Улучшенная таксономия greengenes с подробными рангами для экологического и эволюционного анализа бактерий и архей. ISME J. 6, 610–618 (2012).

Статья CAS PubMed MATH Google Scholar

Капорасо, Дж. Г. и др. QIIME позволяет анализировать данные высокопроизводительного секвенирования в сообществе. Nat. Methods. 7, 335–336 (2010).

Статья CAS PubMed PubMed Central MATH Google Scholar

Больен, Э. и др. Воспроизводимые, интерактивные, масштабируемые и расширяемые данные микробиома с использованием QIIME 2. Nat. Biotechnol. 37, 852–857 (2019).

Статья CAS PubMed PubMed Central MATH Google Scholar

Маннаа, М. и Сео, Ю.С. Улучшенный и упрощенный метод асептической изоляции нематод и нематодно-эндосимбиотических бактерий из сеянцев сосны. MethodsX 11, 102421 (2023).

Статья CAS PubMed PubMed Central MATH Google Scholar

Вайсбург, У.Г., Барнс, С.М., Пеллетье, Д.А. и Лейн, Д.Дж. Амплификация рибосомной ДНК 16S для филогенетического исследования. J. Bacteriol. 173, 697–703 (1991).

Статья CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Фельзенштейн, Дж. Эволюционные деревья из последовательностей ДНК: подход максимального правдоподобия. J. Mol. Evol. 17, 368–376 (1981).

Статья ADS CAS PubMed MATH Google Scholar

Тамура, К., Штехер, Г. и Кумар, С. MEGA11: Молекулярно-эволюционный генетический анализ, версия 11. Mol. Biol. Evol. 38, 3022–3037 (2021).

Статья CAS PubMed PubMed Central MATH Google Scholar

Хаммер, О., Харпер, Д.А.Т. и Райан, П.Д. PAST: Пакет программного обеспечения палеонтологической статистики для обучения и анализа данных. Palaeontol. Electron. 4, 9 (2001).

МАТЕМАТИКА Google Академия

Скачать ссылки

Данное исследование было поддержано Учебным и академическим исследовательским учреждением для магистрантов и докторантов, а также Программой постдоков (LAMP) Национального исследовательского фонда Кореи (NRF) по гранту, финансируемому Министерством образования (№ RS-2023-00301938).

Кафедра комплексной биологической науки, Пусанский национальный университет, Пусан, 46241, Республика Корея

Мохамед Манна и Ён-Су Со

Институт системной биологии, Пусанский национальный университет, Пусан, 46241, Республика Корея

Мохамед Манна и Ён-Су Со

Кафедра фитопатологии, сельскохозяйственный факультет, Каирский университет, Гиза, 12613, Египет

Мохамед Маннаа

ЯНВ153 Biotech Incorporated, Кванджу, 61186, Республика Корея

Э Ран Пак и Джин-Чоль Ким

Отделение прикладной биологии и биотехнологии, Национальный университет Чоннам, Кванджу, 61186, Республика Корея

Джин-Чоль Ким

Кафедра микробиологии, Пусанский национальный университет, Пусан, 46241, Республика Корея

Ён-Су Со

Поиск автора на: PubMed Google Scholar

Поиск автора на: PubMed Google Scholar

Поиск автора на: PubMed Google Scholar

Поиск автора на: PubMed Google Scholar

MM: Сбор данных, разработка протокола, анализ данных, написание рукописи; ARP: Сбор данных, редактирование рукописи; JCK: Управление данными, редактирование рукописи; YSS: Разработка проекта, анализ данных, написание рукописи, редактирование рукописи. Все авторы прочитали и одобрили финальную версию рукописи.

Переписка с Ён Су Со.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Springer Nature сохраняет нейтралитет в отношении юрисдикционных претензий к опубликованным картам и институциональной принадлежности.

Ниже приведена ссылка на электронный дополнительный материал.

Открытый доступ Эта статья лицензирована в соответствии с лицензией Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International, которая разрешает любое некоммерческое использование, распространение, распространение и воспроизведение на любом носителе или в любом формате при условии указания автора(ов) и источника, ссылки на лицензию Creative Commons и указания, изменяли ли вы лицензированный материал. В соответствии с этой лицензией у вас нет разрешения на распространение адаптированного материала, полученного из этой статьи или ее частей. Изображения или другие сторонние материалы в этой статье включены в лицензию Creative Commons статьи, если иное не указано в строке кредита на материал. Если материал не включен в лицензию Creative Commons статьи и предполагаемое вами использование не разрешено законодательным регулированием или выходит за рамки разрешенного использования, вам необходимо получить разрешение непосредственно у владельца авторских прав. Чтобы просмотреть копию этой лицензии, посетите http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/.

Перепечатки и разрешения

Маннаа, М., Парк, А.Р., Ким, Дж.К. и др. Микробные союзники, привлеченные Bacillus subtilis JCK-1398 для защиты сосен от сосновой нематоды. Sci Rep 15, 9670 (2025). https://doi.org/10.1038/s41598-025-94434-y

Скачать цитату

Получено: 09 декабря 2024 г.

Принято: 13 марта 2025 г.

Опубликовано: 20 марта 2025 г.

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-025-94434-y

Любой, с кем вы поделитесь следующей ссылкой, сможет прочитать этот контент:

Извините, в настоящее время ссылка для общего доступа к этой статье недоступна.

Предоставлено инициативой по обмену контентом Springer Nature SharedIt