vestibИзвестия Национальной академии наук Беларуси. Серия биологических наукProceedings of the National Academy of Sciences of Belarus, Biological Series1029-89402524-230XThe Republican Unitary Enterprise Publishing House "Belaruskaya Navuka"10.29235/1029-8940-2023-68-3-213-223vestib-885Research ArticleСтатьиФизиолого-биохимическая и молекулярно-генетическая характеристика бактерий – основы препарата микробного «Биопродуктин»Physiological and biochemical and molecular genetic characteristics of the bacteria – the basis of the microbial preparation “Bioproductin”ШмыгаЕ. Ю.ShmygaE. Yu.

Шмыга Екатерина Юрьевна – научный сотрудник.

Ул. Купревича, 2, 220084, Минск

Еkatsiaryna Yu. Shmyga – Researcher.

2, Kuprevich Str., 2220084, Minsk

kozich.katyusha@mail.ruМуратоваА. А.MuratovaA. A.

Муратова Анна Алексеевна – старший научный сотрудник.

Ул. Купревича, 2, 220084, Минск

Anna A. Muratova – Senior Researcher.

2, Kuprevich Str., 222084, Minsk

anya.muratova.93@mail.ruКоломиецЭ. И.KalamiyetsE. I.

Коломиец Эмилия Ивановна – академик, доктор биологических наук, профессор, гл. науч. сотрудник.

Ул. Купревича, 2, 220084, Минск

Emiliya I. Kalamiyets – Academician, D. Sc. (Biol.), Professor, Chief Researcher.

2, Kuprevich Str., 2220084, Minsk

kolomiets@biotech.bas-net.byГосударственное научно-производственное объединение «Химический синтез и биотехнологии»State Scientific and Production Association “Chemical Synthesis and Biotechnology”Институт микробиологии НАН БеларусиInstitute of Microbiology of the National Academy of Sciences of Belarus202329072023683213223Copyright © Шмыга Е.Ю., Муратова А.А., Коломиец Э.И., 20232023Шмыга Е.Ю., Муратова А.А., Коломиец Э.И.Shmyga E.Y., Muratova A.A., Kalamiyets E.I.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestibio.belnauka.by/jour/article/view/885

Культуры бактерий Bасillus amyloliquefaciens БИМ В-1267 Д, B. mojavensis БИМ В-1268 Д, Priestia megaterium БИМ В-1269 Д и B. amyloliquefaciens БИМ В-1270 Д, составляющие основу биопрепарата «Биопродуктин», обладают взаимно дополняющими свойствами – выраженной антимикробной, азотфиксирующей, фосфатмобилизующей и фитостимулирующей активностью, способностью синтезировать ряд гидролитических ферментов (протеиназу, эндо-1,4-β-ксиланазу, эндо-1,4-β-глюканазу, α-амилазу и фитазу), индолилуксусную кислоту, сидерофоры. В геномах изучаемых штаммов бактерий установлено наличие генов, кодирующих синтез бациллена, бациллибактина, бацилломицина, диффицидина, фенгицина, макролактина, сурфактина и итурина, что подтверждает их значительный антимикробный потенциал. Показано также наличие в бактериальной хромосоме генов, определяющих синтез индолилуксусной кислоты – основного гормона роста растений.

Cultures of Bacillus amyloliquefaciens BIM B-1267 D, B. mojavensis BIM B-1268 D, Priestia megaterium BIM B-1269 D and B. amyloliquefaciens BIM B-1270 D bacteria, which form the basis of the bioproduct “Bioproductin”, have mutually complementary properties – pronounced antimicrobial, nitrogen-fixing, phosphate-mobilizing and phytostimulating activities, the ability to synthesize a number of hydrolytic enzymes (proteinase, endo-1.4-β-xylanase, endo-1.4-β-glucanase, α-amylase and phytase), indolylacetic acid, siderophores. In the genomes of the studied bacterial strains, the presence of genes encoding the synthesis of bacillen, bacillibactin, bacillomycin, difficidin, phengicin, macrolactin, surfactin, and iturin was established, which confirms their significant antimicrobial potential. It is also shown that the genes determining the synthesis of indolylacetic acid – the main hormone of plant growth – are present in the bacterial chromosome.

бактерии родов Bасillus и Priestiaантимикробнаяазотфиксирующаяфосфатмобилизующая и ростстимулирущая активностьгидролитические ферментыИУКсидерофорыbacteria of the genus Bacillus and Priestiaantimicrobialnitrogen-fixingphosphate-mobilizing and growthstimulating activitieshydrolytic enzymesIUCsiderophoresReferencesБиопрепараты на основе бактерий рода Bacillus для управления здоровьем растений / М. В. Штерншис [и др.] – Новосибирск : Изд-во Сибир. отд-ния РАН, 2016. – 231 с.Shternshis M. V., Belyaev A. A., Tsvetkova V. P., Shpatova T. V., Lelyak A. A., Bakhvalov S. A. Biopreparations based on bacteria of the genus Bacillus for plant health management. Novosibirsk, Publishing House of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences, 2016. 231 p. (in Russian).Азизбекян, Р. Р. Биологические препараты для защиты сельскохозяйственных растений / Р. Р. Азизбекян // Биотехнология. – 2018. – Т. 34, № 5. – С. 37–47.Azizbekyan R. R. Biological preparations for agricultural plants protection. Biotechnology in Russia, 2018, no. 5, pp. 37–47.Genome analysis of Bacillus amylol iquefaciens FZB42 reveals its potential for biocontrol of plant pathogens / X. H. Chen [et al.] // J. Biotechnol. – 2009. – Vol. 140, N 1–2. – P. 27–37. https://doi.org/10.1016/j.jbiotec.2008.10.011Chen X. H., Koumoutsi A., Scholz R., Schneider K., Vater J., Süssmuth R., Piel J., Borriss R. Genome analysis of Bacillus amylol iquefaciens FZB42 reveals its potential for biocontrol of plant pathogens. Journal of Biotechnology, 2009, vol. 140, no. 1–2, pp. 27–37. https://doi.org/10.1016/j.jbiotec.2008.10.011Чеботарь, В. К. Штамм бактерий Bacillus amyloliquefaciens subsp. plantarum bs89 в качестве средства повышения продуктивности растений и их защиты от болезней : пат. WO2017039491 A1 / В. К. Чеботарь, С. В. Ерофеев. – Опубл. 09.03.2017.Chebotar’ V. K., Erofeev S. V. Bacterial strain Bacillus amyloliquefaciens subsp. plantarum bs89 as a means of increasing plant productivity and protecting them from diseases : pat. WO2017039491 A1. Publ. 09.03.2017 (in Russian).Structural and functional characterization of gene clusters directing nonribosomal syn-thesis of bioactive cyclic lipopeptides in Bacillus amyloliquefaciens strain FZB42 / А. Koumoutsi [et al.] // J. Bacteriol. – 2004. – Vol. 186, N 4. – P. 1084–1096. https://doi.org/10.1128/jb.186.4.1084-1096.2004Koumoutsi А., Chen X.­H., Henne A., Liesegang H., Hitzeroth G., Franke P., Vater J., Borriss R. Structural and functional characterization of gene clusters directing nonribosomal synthesis of bioactive cyclic lipopeptides in Bacillus amylo- liquefaciens strain FZB42. Journal of Bacteriology, 2004, vol. 186, no. 4, pp. 1084–1096. https://doi.org/10.1128/jb.186.4.10841096.2004Comparison of PCR-RFLP, ribotyping and ERIC-PCR for typing Bacillus anthracis and Bacillus cereus strains / Y. H. Shangkuan [et al.] // J. Appl. Microbiol. – 2000. – Vol. 89, N 3. – P. 452–462. https://doi.org/10.1046/j.1365-2672.2000.01134.xShangkuan Y. H., Yang J.­F., Lin H.­C., Shaio M.­F. Comparison of PCR­RFLP, ribotyping and ERIC­PCR for typing Bacillus anthracis and Bacillus cereus strains. Journal of Applied Microbiology, 2000, vol. 89, no. 3, pp. 452–462. https://doi.org/10.1046/j.1365­2672.2000.01134.xDNA diversity among clinical isolates of Helicobacter pylori detected by PCR-based RAPD fingerprinting / N. Akopyanz [et al.] // Nucl. Acids Res. – 1992. – Vol. 20, N 19. – P. 5137–5142. https://doi.org/10.1093/nar/20.19.5137Akopyanz N., Bukanov N. O., Westblom T. U., Kresovich S., Berg D. E. DNA diversity among clinical isolates of Helicobacter pylori detected by PCR­based RAPD fingerprinting. Nucleic Acids Research, 1992, vol. 20, no. 19, pp. 5137– 5142. https://doi.org/10.1093/nar/20.19.5137Типирование бактерий с помощью ПЦР : учеб.-метод. рекомендации к практ. занятиям по курсу «Молеку лярная эпидемиология» / авт.-сост. : Д. П. Бажанов. – Минск : Междунар. гос. экол. ун-т им. А. Д. Сахарова, 2004. – 16 с.Bazhanov D. P. Typing of bacteria using PCR. Minsk, International State Ecological University named after A. D. Sakharov, 2004. 16 p. (in Russian).Методы почвенной микробиологии и биохимии : учеб. пособие / И. В. Асеева [и др.] ; под ред. Д. Г. Звягинцева. – 2­е изд., перераб. и доп. – М. : Изд­во МГУ, 1991. – 302 с.Aseeva I. V.., Bab’eva I. P., Byzov B. A., Guzeev V. S. Methods of soil microbiology and biochemistry. 2nd ed. Moscow, Publishing House of Moscow State University, 1991. 302 p. (in Russian).Возняковская, Ю. М. Некоторые новые методы количественного учета почвенных микроорганизмов и изучения их свойств / Ю. М. Возняковская. – Ленинград : Б. и., 1982. – 53 с.Voznyakovskaya Yu. M. Some new methods of quantitative accounting of soil microorganisms and the study of their properties. Leningrad, 1982. 53 p. (in Russian).Widawati, S. Role of indigenous nitrogen­fixing bacteria in promoting plant growth on post tin mining soil / S. Widawati, S. Suliasih // Makara J. Sci. – 2019. – Vol. 2, N 1. – Р. 28–38. https://doi/org/10.7454/mss.v23i1.10801Widawati S., Suliasih S. Role of indigenous nitrogen­fixing bacteria in promoting plant growth on post tin mining soil. Makara Journal of Science, 2019, vol. 2, no. 1, pp. 28–38. https://doi/org/10.7454/mss.v23i1.10801Умаров, М. М. Ацетиленовый метод изучения азотфиксации в почвенно­микробиологических исследованиях / М. М. Умаров // Почвоведение. – 1976. – № 11. – С. 119–123.Umarov M. M. Acetylene method of studying nitrogen fixation in soil microbiology investigations. Pochvovedenie [Soil science], 1976, no. 11, pp. 119‒123 (in Russian).Soluble chromogenic substrates [Electronic resource]. – Mode of access: https://secure.megazyme.com/enzyme-substrates/soluble-chromogenicsubstrates. – Date of access: 04.03.2022.Soluble chromogenic substrates. Available at: https://secure.megazyme.com/enzyme-substrates/soluble-chromogenicsubstrates (accessed 04.03.2022).Novel substrates for the automated and manual assay of endo­1,4­β­xylanase / D. Mangan [et al.] // Carbohydr. Res. – 2017. – Vol. 445. – Р. 14–22. https://doi.org/10.1016/j.carres.2017.02.009Mangan D., Cornaggia C., Liadova A., McCormack N., Ivory R., McKie V. A., Ormerod A., McCleary B. V. Novel substrates for the automated and manual assay of endo­1,4­β­xylanase. Carbohydrate Research, 2017, vol. 445, pp. 14–22. https://doi.org/10.1016/j.carres.2017.02.009Рамезанпур, М. Р. Образование индолилуксусной кислоты местными штаммами флюоресцирующих псевдомонад, изолированных из ризосферы риса, культивируемого в северных провинциях Ирана / М. Р. Рамезанпур // Уч. записки Ереван. гос. ун­та. Химия и биология. – 2009. – № 2. – С. 59–64.Ramezanpour M. R. Formation of indolylacetic acid by local strains of fluorescent pseudomonads isolated from the rhizosphere of rice cultivated in the northern provinces of Iran. Uchenye zapiski Erevanskogo gosudarstvennogo universiteta. Khimiya i biologiya [Scientific notes of Yerevan State University. Chemistry and biology], 2009, no. 2, pp. 59–64 (in Russian).Sujatha, N. Siderophore production by the isolates of fluorescent Pseudomonads / N. Sujatha, K. Ammani // Int. J. Curr. Res. Rev. – 2013. – Vol. 5, N 20. – P. 1–7.Sujatha N., Ammani K. Siderophore production by the isolates of fluorescent Pseudomonads. International Journal of Current Research and Review, 2013, vol. 5, no. 20, pp. 1–7.Jayadi, M. In vitro selection of rock phosphate solubility by microorganism from Ulti­sols in South Sulawesi, Indonesia / M. Jayadi, I. B. Baharuddin // Am. J. Agricult. Forest. – 2013. – Vol. 1, N 4. – P. 68–73. https://doi.org/10.11648/j.ajaf.20130104.14Jayadi M., Baharuddin I. B. In vitro selection of rock phosphate solubility by microorganism from Ultisols in South Sulawesi, Indonesia. American Journal of Agriculture and Forestry, 2013, vol. 1, no. 4, pp. 68–73. https://doi.org/10.11648/j.ajaf.20130104.14Бережная, А. В. Организация генома, физиолого­биохимические свойства и особенности глубинного культивирования бактерий Bacillus velezensis БИМ В­439 Д – основы биопестицида Бетапротектин : дис. … кандидат биологических наук : 03.01.06 / А. В. Бережная. – Минск, 2019. – 145 л.Berezhnaya A. V. Genome organization, physiological and biochemical properties and features of deep cultivation of bacteria Bacillus velezensis BIM B-439 D – fundamentals of the biopsticide Betaprotectin. Ph. D. thesis. Minsk, 2019. 145 p. (in Russian).Effects of Bacillus amyloliquefaciens XJ­BV2007 on growth of Alternaria alternata and production of tenuazonic acid / Jia Qinlan [et al.] // Toxins. – 2023. – Vol. 15, N 1. – Art. 53. https://doi.org/10.3390/toxins15010053Qinlan J., Yingying Fan, Shuaishuai Duan, Qiaomei Qin, Yu Ding, Min Yang, Yan Wang, Fengjuan Liu, Cheng Wang Effects of Bacillus amyloliquefaciens XJ­BV2007 on growth of Alternaria alternata and production of tenuazonic acid. Toxins, 2023, vol. 15, no. 1, art. 53. https://doi.org/10.3390/toxins15010053Screening of primer sets for amplification cyclic lipopeptide gene of Bacillus against Banana fusarium Wilt / Tao Deng [et al.] // Mol. Microbiol. Res. – 2021. – Vol. 11, N 2. – P. 1–10. https://doi.org/10.5376/mmr.2021.11.0002Tao Deng, Lijia Guo, Laying Yang, You Zhou, Jun Wang, Zhiqiang Liu, Junsheng Huang. Screening of primer sets for amplification cyclic lipopeptide gene of Bacillus against Banana fusarium Wilt. Molecular Microbiology Research, 2021, vol. 11, no. 2, pp. 1–10. https://doi.org/10.5376/mmr.2021.11.0002Endophytic Bacillus spp. produce antifungal lipopeptides and induce host defence gene expression in maize / S. K. Gond [et al.] // Microbiol. Res. – 2015. – Vol. 172. – P. 79–87. https://doi.org/10.1016/j.micres.2014.11.004Gond S. K., Bergen M. S., Torres M. S., White Jr J. F. Endophytic Bacillus spp. produce antifungal lipopeptides and induce host defence gene expression in maize. Microbiological Research, 2015, vol. 172, pp. 79–87. https://doi.org/10.1016/j.micres.2014.11.004Характеристика микробного консорциума – основы биопрепарата комплексного действия для повышения продуктивности зерновых культур / Е. Ю. Шмыга [и др.] // Микробные биотехнологии: фундаментальные и прикладные аспекты : сб. науч. тр. / НАН Беларуси, Ин­т микробиологии ; редкол. : Э. И. Коломиец (гл. ред.) [и др.]. – Минск, 2019. – Т. 11. – С. 333–342.Shmyga E. Yu., Sidorenko A. V., Mandrik­Litvinkovich M. N., Kuptsov V. N., Kolomiets E. I. Characteristics of the microbial consortium – fundamentals of a complex biological product for increasing the productivity of grain crops. Mikrobnye biotekhnologii: fundamental’nye i prikladnye aspekty: sbornik nauchnykh trudov. Tom 11 [Microbial biotechnologies: fundamental and applied aspects: collection of scientific works. Vol. 11]. Minsk, 2019, pp. 333–342 (in Russian).Шмыга, Е. Ю. Выделение и характеристика бактерий – основы комплексного микробного препарата для защиты от болезней и повышения продуктивности зерновых культур / Е. Ю. Шмыга // Магистерский вестник: сб. науч. работ магистрантов и аспирантов : в 3 ч. / редкол. : М. Г. Жилинский [и др.]. – Минск, 2018. – Ч. 2 : Естественные и технические науки. – С. 152–161.Shmyga E. Yu. Isolation and characterization of bacteria – the basis of a complex microbial preparation for protection from diseases and increasing the productivity of grain crops. Magisterskii vestnik: sbornik rabot magistrantov i aspirantov. Chast’ 2. Estestvennye i tekhnicheskie nauki [Master’s Bulletin: a collection of works of undergraduates and graduate students. Pt. 2. Natural and technical sciences]. Minsk, 2018, pp. 152–161 (in Russian).Identification of β­propeller phytase­encoding genes in culturable Paenibacillus and Bacillus spp. from the rhizosphere of pasture plants on volcanic soils / M. A. Jorquera [et al.] // FEMS Microbiol Ecol. – 2011. – Vol. 75, N 1. – P. 163–172. – https://doi.org/10.1111/j.1574­6941.2010.00995.xJorquera M. A., Crowley D. E., Marschner P., Greiner R., Teresa Fernández M., Romero D., Menezes­Blackburn D., de la Luz Mora M. Identification of β­propeller phytase­encoding genes in culturable Paenibacillus and Bacillus spp. from the rhizosphere of pasture plants on volcanic soils. FEMS Microbiology Ecology, 2011, vol. 75, no. 1, pp. 163–172. https://doi.org/10.1111/j.1574­6941.2010.00995.xReyes, I. Effect of nitrogen source on the solubilization of different inorganic phosphates by an isolate of Penicillium rugulosum and two UV­induced mutants / I. Reyes [et al.] // FEMS Microbiol. Ecol. – 1999. – Vol. 28, N 3. – P. 281–290. – https://doi.org/10.1111/j.1574­6941.1999.tb00583.xReyes I., Bernier L., Simard R. R., Antoun H. Effect of nitrogen source on the solubilization of different inorganic phosphates by an isolate of Penicillium rugulosum and two UV­induced mutants. FEMS Microbiology Ecology, 1999, vol. 28, no. 3, pp. 281–290. https://doi.org/10.1111/j.1574­6941.1999.tb00583.xОбразование ауксинов эндофитными бактериями подземных органов Dactyorhiza maculata (L.) Soo (Orchi­ daceae) / Н. В. Шеховцова [и др.] // Вестн. Оренбург. гос. ун­та. – 2011. – № 12 (131). – С. 366–368.Shekhovtsova N. V., Marakaev O. A., Pervushina K. A., Kholmogorov S. V., Tsaplyaeva K. G. Formation of auxins by endophytic bacteria of underground organs Dactylorhiza maculata (L.) Soo (Orchidaceae). Vestnik Orenburgskogo gosudarstvennogo universiteta [Bulletin of the Orenburg State University], 2011, no. 12 (131), pp. 366–368 (in Russian).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.