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Endophytic bacterial communities of field-grown potato plants and their plant-growth-promoting and antagonistic abilities

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Abstract:

To study the effect of plant growth on potato-associated bacteria, the composition and properties of bacteria colonizing the endosphere of field-grown potato were analyzed by a multiphasic approach. The occurrence and diversity of potato-associated bacteria were monitored by a cultivation-independent approach, using terminal restriction fragment length polymorphism analysis of 16S rDNA. The patterns obtained revealed a high heterogeneity of community composition and suggested the existence of plant-specific communities. However, endophytic populations correlated to a certain extent with plant growth performance. Endophytes were also isolated from plants that grew well or grew poorly and were identified by partial sequencing of the 16S rRNA genes. A broad phylogenetic spectrum was found among isolates and differently growing plants hosted different bacterial populations. In an approach to investigate the plant-growth-promoting potential of potato-associated bacteria, a total of 35 bacteria were screened by dual testing for in vitro antagonism towards (i) the fungal pathogens Verticillium dahliae, Rhizoctonia solani, Sclerotinia sclerotiorum, and Phytophthora cactorum and (ii) the bacterial pathogens Erwinia carotovora, Streptomyces scabies, and Xanthomonas campestris. The proportion of isolates with antagonistic activity was highest against Streptomyces sp. (43%) followed by those against Xanthomonas sp. (29%). As all plants showed more or less severe disease symptoms of scab disease caused by Streptomyces scabies, we assume that the presence of the pathogen induced the colonization of antagonists. The antifungal activity of the isolates was generally low. The biotechnological potential of endophytic isolates assessed by their antagonistic activity and by in vitro production of enzymes, antibiotics, siderophores, and the plant growth hormone indole-1,3-acetic acid was generally high. Overall, seven endophytes were found to antagonize fungal as well as bacterial pathogens and showed a high production of active compounds and were therefore considered promising biological control agents.Key words: T-RFLP, 16S rRNA, siderophores, IAA, biocontrol.

Afin d'étudier l'impact de la croissance végétale sur les bactéries associées à la pomme de terre, la composition et les propriétés des bactéries colonisant l'endosphère de pommes de terres cultivées dans le champs ont été analysées à l'aide d'une approche multiphasique. La fréquence et la diversité des bactéries associées aux pommes de terre ont fait l'objet d'un suivi via une approche indépendante de la culture par l'analyse de T-RFLP de l'ADNr 16S. Les patrons obtenus ont mis en évidence une importante hétérogénéité de la composition des communautés et ont signalé l'existence de communautés spécifiques aux plantes. Toutefois, les populations endophytes ont corrélé dans une certaine mesure avec la performance de croissance des plantes. Des endophytes ont également été isolés de plantes poussant mieux ou moins bien et ont été identifiés par séquençage partiel des gènes de l'ARNr 16S. Un large spectre phylogénétique a été constaté parmi les divers isolats et des plantes croissant différemment étaient l'hôte de populations bactériennes distinctes. Une méthode a été élaborée visant à étudier le potentiel de stimulation de la croissance des plantes chez les bactéries associées aux pommes de terre. Un total de 35 bactéries ont été criblées par l'analyse simultanée de l'antagonisme in vitro envers les champignons pathogènes Verticillium dahliae, Rhizoctonia solani, Sclerotinia sclerotiorum et Phytophthora cactorum, et envers les bactéries pathogènes Erwinia carotovora, Streptomyces scabies et Xanthomonas campestris. La proportion des isolats ayant une activité antagoniste était la plus élevée contre Streptomyces sp. (43 %) suivi par Xanthomonas sp. (29 %). Puisque toutes les plantes ont manifesté des symptômes plus ou moins graves de gale provoqués par Streptomyces scabies, nous supposons que la présence du pathogène entraîne la colonisation d'antagonistes. L'activité antifongique des isolats était généralement basse. Le potentiel biotechnologique d'isolats endophytes tel qu'évalué par leur activité d'antagonisme et leur production in vitro d'enzymes, d'antibiotiques, de sidérophores et de l'hormone de croissance végétale, l'acide indole-1,3-acétique, était généralement élevé. En tout, sept endophytes se sont avérés capables d'antagoniser autant les pathogènes fongiques que bactériens et ont démontré une production élevée de composés actifs; ils sont par conséquent perçus comme des agents de lutte biologique prometteurs.Mots clés : T-RFLP, ARNr 16S, sidérophores, AIA, lutte biologique.[Traduit par la Rédaction]

Document Type: Research Article

Publication date: 2004-04-01

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  • Published since 1954, this monthly journal contains new research in the field of microbiology including applied microbiology and biotechnology; microbial structure and function; fungi and other eucaryotic protists; infection and immunity; microbial ecology; physiology, metabolism and enzymology; and virology, genetics, and molecular biology. It also publishes review articles and notes on an occasional basis, contributed by recognized scientists worldwide.
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