Đặc điểm sinh học và tiềm năng ứng dụng của chủng vi khuẩn Bacillus amyloliquefaciens subsp. plantarum sp 1901 phân lập tại Rừng Quốc gia Hoàng Liên
Main Article Content
Abstract
Tóm tắt: Nhóm Bacillus subtilis là một nhóm gồm ít nhất 9 loài vi khuẩn có chung các đặc điểm kiểu hình và có tính tương đồng đoạn gen 16S rRNA cao. Định danh các loài trong nhóm này đòi hỏi phải sử dụng tổ hợp nhiều kỹ thuật phân loại hiện đại. Từ 315 chủng vi khuẩn hiếu khí sinh nội bào tử phân lập tại Sa Pa, chúng tôi đã phân tích trình tự gen 16S rRNA của 63 chủng vi khuẩn có đặc điểm hình thái khuẩn lạc khác nhau. Duy nhất chủng SP 1901 được phân loại vào nhóm vi khuẩn B. subtilis. Để xác minh kết quả trên, chúng tôi tiến hành phân tích trình tự 6 gen gyrA, rpoB, purH, polC, groEL và 16S rRNA. Phân tích trình tự và xây dựng cây phát sinh chủng loại đa gen, chủng SP 1901 được định danh là loài B. amyloliquefaciens subsp. plantarum. Chủng này có khả năng đồng hóa và lên men nhiều nguồn đường, sinh trưởng tốt ở nhiệt độ 35 - 45oC, pH 5,0 - 9,0, nồng độ muối NaCl 1,0 - 7,0%, có khả năng tồn tại trong dịch dạ dày nhân tạo, sản sinh nhiều loại enzyme công nghiệp như amylase, cellulose, xylanase, lipase, protease và phytase, sinh chất kháng sinh kháng lại các vi khuẩn Staphylococcus aureus, Escherichia coli và nấm gây bệnh cây Fusarium oxysporum, sinh chất kích thích sinh trưởng IAA. Đây là một báo cáo đầu tiên ứng dụng kỹ thuật phân tích trình tự đa gen để phân loại chính xác một chủng vi khuẩn trong nhóm B. subtilis phân lập trong hệ sinh thái tự nhiên ở Việt Nam đến loài. Với nhiều đặc tính quý, chủng SP 1901 có nhiều tiềm năng ứng dụng vào sản xuất các sản phẩm thương mại chất lượng cao.
Từ khóa: Bacillus subtilis, Bacillus amyloliquefaciens, phân tích trình tự đa gen, enzyme ngoại bào.
References
[1] P.D. Vos, G.M. Garrity, D. Jones, Bergey's manual of systematic bacteriology. Springer Science (2009).
[2] X.H. Chen, A. Koumoutsi, R. Scholz, Comparative analysis of the complete genome sequence of the plant growth-promoting bacterium Bacillus amyloliquefaciens FZB42. Nat Biotechnol 25 (2007) 1007-1014.
[3] A. Koumoutsi, X.H. Chen, J. Vater & .Borriss, DegU and YczE positively regulate the synthesis of bacillomycin D by Bacillus amyloliquefaciens strain FZB42. Appl Environ Microbiol 73(2007) 6953-6964.
[4] A.M. Herzner, J. Dischinger, C. Szekat, Expression of the lantibiotic mersacidin in Bacillus amyloliquefaciens FZB42. PLoS One 6 (2011) e22389.
[5] E. Sansinenea & A. Ortiz, Secondary metabolites of soil Bacillus spp. Biotechnol Lett 33(2011) 1523-1538.
[6] B. Fan, L.C. Carvalhais, A. Becker, D. Fedoseyenko, N. Vonwiren & R. Borriss, Transcriptomic profiling of Bacillus amyloliquefaciens FZB42 in response to maize root exudates. BMC Microbiol 12(2012) 116.
[7] C. Ash, J.A.E. Farow, S. Wallbanks & M.D. Collins, Phylogenetic heterogeneity of the genus Bacillus revealed by comparative analysis of small-subunit-ribosomal RNA sequences. Letters in Applied Microbiology 13(1991) 202-206.
[8] L.K. Nakamura, M.S. Roberts & F.M. Cohan, Relationship of Bacillus subtilis clades associated with strains 168 and W23: a proposal for Bacillus subtilis subsp. subtilis subsp. nov. and Bacillus subtilis subsp. spizizenii subsp. nov. Int J Syst Bacteriol 49 (1999) 1211-1215.
[9] A.P. Rooney, N.P. Price, C. Ehrhardt, J.L. Swezey & J.D. Bannan, Phylogeny and molecular taxonomy of the Bacillus subtilis species complex and description of Bacillus subtilis subsp. inaquosorum subsp. nov. Int J Syst Evol Microbiol 59(2009) 2429-2436.
[10] R. Borriss, X.H. Chen, C. Rueckert, Relationship of Bacillus amyloliquefaciens clades associated with strains DSM 7T and FZB42T: a proposal for Bacillus amyloliquefaciens subsp. amyloliquefaciens subsp. nov. and Bacillus amyloliquefaciens subsp. plantarum subsp. nov. based on complete genome sequence comparisons. Int J Syst Evol Microbiol 61(2011) 1786-1801.
[11] J. Chun & K.S. Bae, Phylogenetic analysis of Bacillus subtilis and related taxa based on partial gyrA gene sequences. Antonie Van Leeuwenhoek 78(2000) 123-127.
[12] O.N. Reva, C. Dixelius, J. Meijer & F.G. Priest, Taxonomic characterization and plant colonizing abilities of some bacteria related to Bacillus amyloliquefaciens and Bacillus subtilis. FEMS Microbiol Ecol 48(2004) 249-259.
[13] L.T. Wang, F.L. Lee, C.J. Tai & H. Kasai, Comparison of gyrB gene sequences, 16S rRNA gene sequences and DNA-DNA hybridization in the Bacillus subtilis group. Int J Syst Evol Microbiol 57(2007) 1846-1850.
[14] Y. Kubo, A.P, Rooney, Y. Tsukakoshi, R. Nakagawa, H. Hasegawa & K. Kimura, Phylogenetic analysis of Bacillus subtilis strains applicable to natto (fermented soybean) production. Appl Environ Microbiol 77(2011) 6463-6469.
[15] T.T. Trung, N. T. T. Thủy, N. M. Hùng, Đ. T. Lương và D. V. Hợp, So sánh sự đa dạng về vi khuẩn hiếu khí sinh nội bào tử tại rừng Quốc gia Hoàng Liên và các vùng đất canh tác nông nghiệp lân cận. Hội nghị khoa học toàn Quốc về sinh thái và tài nguyên sinh vật lần 4(2011) 996-1003.
[16] C.K. Gutierrez, G.Y. Matsui, D.E. Lincoln & C.R. Lovell, Production of the phytohormone indole-3-acetic acid by estuarine species of the genus Vibrio. Appl Environ Microbiol 75(2009) 2253-2258.
[17] F.G. Priest, M. Goodfellow, L.A. Shute & R.C.W. Berkeley, Bacillus amyloliquefaciens sp. nov. norn. rev. Int J Syst Bacteriol 37(1987) 69-71.
[18] J.L. Barredo (2005) Microbial Enzymes and Biotransformations. Humana Press Inc. 151-180.
[19] R. Gupta, Q.K. Beg & P. Lorenz, Bacterial alkaline proteases: molecular approaches and industrial applications. Appl Microbiol Biotechnol 59(2002) 15-32.
[20] E.E. Idriss, O. Makarewicz, A. Farouk, Extracellular phytase activity of Bacillus amyloliquefaciens FZB45 contributes to its plant-growth-promoting effect. Microbiology 148(2002) 2097-2109.
[21] S. Fu, J. Sun, L Qian & Z. Li, Bacillus phytases: present scenario and future perspectives. Appl Biochem Biotechnol 151(2008) 1-8.
[22] H. Lee & H.Y. Kim, Lantibiotics, class I bacteriocins from the genus Bacillus. J Microbiol Biotechnol 21(2011) 229-235.
[23] A. Arguelles-Arias, M. Ongena, B. Halimi, Y. Lara, A. Brans, B. Joris & P. Fickers, Bacillus amyloliquefaciens GA1 as a source of potent antibiotics and other secondary metabolites for biocontrol of plant pathogens. Microb Cell Fact 8(2009) 63.
[24] F. Alvarez, M. Castro, A. Principe, G. Borioli, S. Fischer, G. Mori & E. Jofre, The plant-associated Bacillus amyloliquefaciens strains MEP2 18 and ARP2 3 capable of producing the cyclic lipopeptides iturin or surfactin and fengycin are effective in biocontrol of sclerotinia stem rot disease. J Appl Microbiol 112(2012) 159-174.
[25] L.B. Benitez, R.V. Velho, A. de Souza da Motta, J. Segalin & A. Brandelli, Antimicrobial factor from Bacillus amyloliquefaciens inhibits Paenibacillus larvae, the causative agent of American foulbrood. Arch Microbiol 194(2012) 177-185.
[26] A.V. Yao, H. Bochow, S. Karimov, U. Boturov, S. Sanginboy & K. Sharipov Effect of FZB42 Bacillus subtilis as a biofertilizer on cotton yields in field tests. Arch Phytopathol Plant Prot 39(2006) 323–328.
[27] B. Fan, R. Borriss, W. Bleiss & X. Wu, Gram-positive rhizobacterium Bacillus amyloliquefaciens FZB42 colonizes three types of plants in different patterns. J Microbiol 50(2012) 38-44.
[28] M.E. Sanders, Probiotics: definition, sources, selection, and uses. Clin Infect Dis 46 (2008) 58-61; discussion 144-151.
[29] M. Saxelin, Probiotic formulations and applications, the current probiotics market, and changes in the marketplace: a European perspective. Clin Infect Dis 46 (2008) 76-79; discussion S144-151.
[30] K.E. Sutyak, R.E. Wirawan, A.A. Aroutcheva & M.L. Chikindas, Isolation of the Bacillus subtilis antimicrobial peptide subtilosin from the dairy product-derived Bacillus amyloliquefaciens. J Appl Microbiol 104(2008) 1067-1074.
[31] H. Cao, S. He, R. Wei, M. Diong & L. Lu, Bacillus amyloliquefaciens G1: A Potential Antagonistic Bacterium against Eel-Pathogenic Aeromonas hydrophila. Evid Based Complement Alternat Med 2011(2011) 1-7.
[2] X.H. Chen, A. Koumoutsi, R. Scholz, Comparative analysis of the complete genome sequence of the plant growth-promoting bacterium Bacillus amyloliquefaciens FZB42. Nat Biotechnol 25 (2007) 1007-1014.
[3] A. Koumoutsi, X.H. Chen, J. Vater & .Borriss, DegU and YczE positively regulate the synthesis of bacillomycin D by Bacillus amyloliquefaciens strain FZB42. Appl Environ Microbiol 73(2007) 6953-6964.
[4] A.M. Herzner, J. Dischinger, C. Szekat, Expression of the lantibiotic mersacidin in Bacillus amyloliquefaciens FZB42. PLoS One 6 (2011) e22389.
[5] E. Sansinenea & A. Ortiz, Secondary metabolites of soil Bacillus spp. Biotechnol Lett 33(2011) 1523-1538.
[6] B. Fan, L.C. Carvalhais, A. Becker, D. Fedoseyenko, N. Vonwiren & R. Borriss, Transcriptomic profiling of Bacillus amyloliquefaciens FZB42 in response to maize root exudates. BMC Microbiol 12(2012) 116.
[7] C. Ash, J.A.E. Farow, S. Wallbanks & M.D. Collins, Phylogenetic heterogeneity of the genus Bacillus revealed by comparative analysis of small-subunit-ribosomal RNA sequences. Letters in Applied Microbiology 13(1991) 202-206.
[8] L.K. Nakamura, M.S. Roberts & F.M. Cohan, Relationship of Bacillus subtilis clades associated with strains 168 and W23: a proposal for Bacillus subtilis subsp. subtilis subsp. nov. and Bacillus subtilis subsp. spizizenii subsp. nov. Int J Syst Bacteriol 49 (1999) 1211-1215.
[9] A.P. Rooney, N.P. Price, C. Ehrhardt, J.L. Swezey & J.D. Bannan, Phylogeny and molecular taxonomy of the Bacillus subtilis species complex and description of Bacillus subtilis subsp. inaquosorum subsp. nov. Int J Syst Evol Microbiol 59(2009) 2429-2436.
[10] R. Borriss, X.H. Chen, C. Rueckert, Relationship of Bacillus amyloliquefaciens clades associated with strains DSM 7T and FZB42T: a proposal for Bacillus amyloliquefaciens subsp. amyloliquefaciens subsp. nov. and Bacillus amyloliquefaciens subsp. plantarum subsp. nov. based on complete genome sequence comparisons. Int J Syst Evol Microbiol 61(2011) 1786-1801.
[11] J. Chun & K.S. Bae, Phylogenetic analysis of Bacillus subtilis and related taxa based on partial gyrA gene sequences. Antonie Van Leeuwenhoek 78(2000) 123-127.
[12] O.N. Reva, C. Dixelius, J. Meijer & F.G. Priest, Taxonomic characterization and plant colonizing abilities of some bacteria related to Bacillus amyloliquefaciens and Bacillus subtilis. FEMS Microbiol Ecol 48(2004) 249-259.
[13] L.T. Wang, F.L. Lee, C.J. Tai & H. Kasai, Comparison of gyrB gene sequences, 16S rRNA gene sequences and DNA-DNA hybridization in the Bacillus subtilis group. Int J Syst Evol Microbiol 57(2007) 1846-1850.
[14] Y. Kubo, A.P, Rooney, Y. Tsukakoshi, R. Nakagawa, H. Hasegawa & K. Kimura, Phylogenetic analysis of Bacillus subtilis strains applicable to natto (fermented soybean) production. Appl Environ Microbiol 77(2011) 6463-6469.
[15] T.T. Trung, N. T. T. Thủy, N. M. Hùng, Đ. T. Lương và D. V. Hợp, So sánh sự đa dạng về vi khuẩn hiếu khí sinh nội bào tử tại rừng Quốc gia Hoàng Liên và các vùng đất canh tác nông nghiệp lân cận. Hội nghị khoa học toàn Quốc về sinh thái và tài nguyên sinh vật lần 4(2011) 996-1003.
[16] C.K. Gutierrez, G.Y. Matsui, D.E. Lincoln & C.R. Lovell, Production of the phytohormone indole-3-acetic acid by estuarine species of the genus Vibrio. Appl Environ Microbiol 75(2009) 2253-2258.
[17] F.G. Priest, M. Goodfellow, L.A. Shute & R.C.W. Berkeley, Bacillus amyloliquefaciens sp. nov. norn. rev. Int J Syst Bacteriol 37(1987) 69-71.
[18] J.L. Barredo (2005) Microbial Enzymes and Biotransformations. Humana Press Inc. 151-180.
[19] R. Gupta, Q.K. Beg & P. Lorenz, Bacterial alkaline proteases: molecular approaches and industrial applications. Appl Microbiol Biotechnol 59(2002) 15-32.
[20] E.E. Idriss, O. Makarewicz, A. Farouk, Extracellular phytase activity of Bacillus amyloliquefaciens FZB45 contributes to its plant-growth-promoting effect. Microbiology 148(2002) 2097-2109.
[21] S. Fu, J. Sun, L Qian & Z. Li, Bacillus phytases: present scenario and future perspectives. Appl Biochem Biotechnol 151(2008) 1-8.
[22] H. Lee & H.Y. Kim, Lantibiotics, class I bacteriocins from the genus Bacillus. J Microbiol Biotechnol 21(2011) 229-235.
[23] A. Arguelles-Arias, M. Ongena, B. Halimi, Y. Lara, A. Brans, B. Joris & P. Fickers, Bacillus amyloliquefaciens GA1 as a source of potent antibiotics and other secondary metabolites for biocontrol of plant pathogens. Microb Cell Fact 8(2009) 63.
[24] F. Alvarez, M. Castro, A. Principe, G. Borioli, S. Fischer, G. Mori & E. Jofre, The plant-associated Bacillus amyloliquefaciens strains MEP2 18 and ARP2 3 capable of producing the cyclic lipopeptides iturin or surfactin and fengycin are effective in biocontrol of sclerotinia stem rot disease. J Appl Microbiol 112(2012) 159-174.
[25] L.B. Benitez, R.V. Velho, A. de Souza da Motta, J. Segalin & A. Brandelli, Antimicrobial factor from Bacillus amyloliquefaciens inhibits Paenibacillus larvae, the causative agent of American foulbrood. Arch Microbiol 194(2012) 177-185.
[26] A.V. Yao, H. Bochow, S. Karimov, U. Boturov, S. Sanginboy & K. Sharipov Effect of FZB42 Bacillus subtilis as a biofertilizer on cotton yields in field tests. Arch Phytopathol Plant Prot 39(2006) 323–328.
[27] B. Fan, R. Borriss, W. Bleiss & X. Wu, Gram-positive rhizobacterium Bacillus amyloliquefaciens FZB42 colonizes three types of plants in different patterns. J Microbiol 50(2012) 38-44.
[28] M.E. Sanders, Probiotics: definition, sources, selection, and uses. Clin Infect Dis 46 (2008) 58-61; discussion 144-151.
[29] M. Saxelin, Probiotic formulations and applications, the current probiotics market, and changes in the marketplace: a European perspective. Clin Infect Dis 46 (2008) 76-79; discussion S144-151.
[30] K.E. Sutyak, R.E. Wirawan, A.A. Aroutcheva & M.L. Chikindas, Isolation of the Bacillus subtilis antimicrobial peptide subtilosin from the dairy product-derived Bacillus amyloliquefaciens. J Appl Microbiol 104(2008) 1067-1074.
[31] H. Cao, S. He, R. Wei, M. Diong & L. Lu, Bacillus amyloliquefaciens G1: A Potential Antagonistic Bacterium against Eel-Pathogenic Aeromonas hydrophila. Evid Based Complement Alternat Med 2011(2011) 1-7.