Deciphering the potential antagonistic activity of Bacillus velezensis GNB3-7 against Astragalus mongholicus root rot.

چکیده اصلی

Astragalus mongholicus is one of the most commonly traditional Chinese herbal medicines in China and other Asian countries. However, the root rot disease caused by Fusarium oxysporum can severely reduce root yield and quality, resulting in significant large economic losses. Although biological control has attracted widespread attention due to its safety, environmental friendliness and sustainability, the biocontrol efficiency and potential mechanism of Bacillus velezensis against root rot of A. mongholicus have been rarely investigated. In the present study, a rhizosphere bacterium GNB3-7 was isolated from the rhizosphere soil of wild A. mongholicus and possessed the strong broad-spectrum antagonistic activity on multiple pathogenic fungi, which was identified as B. velezensis on the basis of whole-genome sequence analyses. Further genomic analyses revealed that the B. velezensis GNB3-7 has 12 biosynthetic gene clusters encoding antifungal secondary metabolites (e.g., surfactin, bacillibactin, bacilysin). In addition, a total of 36 volatile organic compounds (VOCs) were detected by GC-MS, among which benzothiazole, disulfide-dimethyl and 2-nonanone showed the strongest antifungal activities, with an inhibition rate of 99.41%, 96.87% and 92.69%, respectively. In pot experiments, the treatment rate and prevention efficiency of B. velezensis GNB3-7 against A. mongholicus root rot achieved 44.44% and 72.22%, respectively. Notably, the genes involved in plant induced systemic resistance (ISR, e.g., AmNPR1, AmCHI2 and AmCOI1) were significantly up-regulated in treatment and prevention plants, indicating the activation of ISR in A. mongholicus. These results indicated that B. velezensis GNB3-7 could efficiently control root rot by synergistic action involving the production of metabolites and VOCs, activation of plant ISR, which deepens our understanding on the biocontrol mechanism of B. velezensis against root rot in medicinal plant A. mongholicus.

ترجمه فارسی چکیده

گیاه *Astragalus mongholicus* یکی از داروهای گیاهی سنتی رایج در چین و کشورهای آسیایی است. بیماری ریزوم‌ریزش ناشی از قارچ *Fusarium oxysporum* می‌تواند به شدت عملکرد و کیفیت ریشه را کاهش دهد و منجر به زیان‌های اقتصادی بزرگ شود. با وجود توجه گسترده به کنترل بیولوژیک به دلیل ایمنی و دوست‌داشت محیط زیست، کارایی و مکانیسم بالقوه کنترل بیولوژیک *Bacillus velezensis* علیه ریزوم‌ریزش این گیاه کمتر بررسی شده است. در این مطالعه، باکتری خاک‌ریشه‌ای GNB3-7 از خاک خاکریزه گیاه وحشی *A. mongholicus* جدا شد که دارای فعالیت ضد‌قارچی گسترده‌موجود قوی بود. بر اساس تحلیل توالی ژنوم کامل، این باکتری به عنوان *B. velezensis* شناسایی شد. تحلیل‌های ژنومیک نشان داد که *B. velezensis* GNB3-7 دارای ۱۱ کلاستر ژن سنتز متابولیت‌های ثانویه ضدقارچی (مانند سورفکتین، باسیلی‌بکتین و باسیلی‌سین) است. علاوه بر این، ۳۶ ترکیب آلی فرار (VOC) توسط GC-MS شناسایی شد که از میان آن‌ها بنزوتیازول، دی‌سولفید-دی‌متیل و ۲-نونانون با بیشترین فعالیت ضدقارچی (نرخ مهار ۹۹.۴۱٪، ۹۶.۸۷٪ و ۹۲.۶۹٪) گزارش شد. در آزمایش‌های گلدان، نرخ درمان و اثربخشی پیشگیری *B. velezensis* GNB3-7 علیه ریزوم‌ریزش *A. mongholicus* به ترتیب ۴۴.۴۴٪ و ۷۲.۲۲٪ بود. به طور قابل توجهی، ژن‌های درگیر در مقاومت سیستمیک القایی گیاه (ISR، مانند AmNPR1، AmCHI2 و AmCOI1) در گیاهان درمان‌شده و پیشگیرانه به طور معناداری افزایش یافتند که نشان‌دهنده فعال‌سازی ISR در *A. mongholicus* است. این نتایج نشان می‌دهد که *B. velezensis* GNB3-7 می‌تواند ریزوم‌ریزش را به طور کارآمد با هم‌افزایی تولید متابولیت‌ها و VOCها و فعال‌سازی ISR گیاه کنترل کند.

متن کامل اصلی